胡雪鵬++李磊子

摘 要：該文通過對(duì)高速彈射時(shí)夜視鏡分離后的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行仿真分析，使用穩(wěn)態(tài)CFD、多體運(yùn)動(dòng)仿真迭代方法，對(duì)夜視鏡分離后的運(yùn)動(dòng)軌跡、姿態(tài)和速度進(jìn)行仿真，研究在高速氣流吹襲下夜視鏡是否會(huì)對(duì)人體造成傷害。

關(guān)鍵詞：夜視鏡 多體運(yùn)動(dòng) CFD

中圖分類號(hào)：V223.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（b）-0001-02

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展，空戰(zhàn)環(huán)境日益復(fù)雜和惡化，夜間作戰(zhàn)由于具備突防性強(qiáng)和隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種重要的空戰(zhàn)形式。

配備夜視系統(tǒng)的頭盔對(duì)于空軍夜間作戰(zhàn)具有重要的意義，除具備一般頭盔的功能外，還能夠顯示微光條件下的環(huán)境圖像，增強(qiáng)飛行員夜間觀察和目標(biāo)搜索能力，提高武器作戰(zhàn)效能，減少飛行事故。

國內(nèi)某型殲擊機(jī)需要增加夜視鏡，但由于夜視鏡可能與護(hù)目鏡發(fā)生干涉、夜視鏡支座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無法滿足高速應(yīng)急離機(jī)時(shí)的強(qiáng)度要求等原因，夜視鏡必須在應(yīng)急離機(jī)前分離，而夜視鏡下落正好處于艙蓋開啟過程中，高速氣流會(huì)作用在夜視鏡上，因此需對(duì)高速應(yīng)急離機(jī)時(shí)夜視鏡可能造成的傷害進(jìn)行分析。

1 仿真說明

1.1 仿真類型

由于夜視鏡下落既要考慮夜視鏡的運(yùn)動(dòng)，又要在運(yùn)動(dòng)中考慮其受到的氣動(dòng)力，是典型的流固耦合問題，求解較為困難，所以對(duì)于工程問題，可以嘗試工程上能夠接受的近似解決方法。

1.2 仿真環(huán)境和方法

仿真使用NUMECA進(jìn)行穩(wěn)態(tài)CFD仿真計(jì)算，使用Adams進(jìn)行多體運(yùn)動(dòng)仿真計(jì)算。具體計(jì)算步驟為：采用Adams進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，得到第一個(gè)計(jì)算工況下夜視鏡的軌跡和姿態(tài)，將計(jì)算得到的夜視鏡模型和相對(duì)應(yīng)的艙蓋模型導(dǎo)入氣動(dòng)仿真軟件NUMECA中進(jìn)行氣動(dòng)力計(jì)算，得到夜視鏡第一個(gè)計(jì)算工況下質(zhì)心處受到的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩；再將計(jì)算得到的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩代入Adams中，作用在夜視鏡上得到第二個(gè)計(jì)算工況下夜視鏡的軌跡和姿態(tài)，重復(fù)上述步驟，對(duì)計(jì)算的氣動(dòng)力進(jìn)行插值，得到夜視鏡與人體發(fā)生碰撞時(shí)的速度。

2 仿真工況

根據(jù)工程需要，該次仿真計(jì)算速度為1 300 km/h，以夜視鏡開始運(yùn)動(dòng)為時(shí)間零點(diǎn)，對(duì)六個(gè)計(jì)算工況進(jìn)行CFD計(jì)算，見表1。

3 仿真過程

該次仿真坐標(biāo)原點(diǎn)定義在頭盔重心，位于縱向?qū)ΨQ面，X方向由后向前，Y方向由下到上，Z方向根據(jù)右手定則確定。

3.1 仿真建模

夜視鏡通過solidworks軟件導(dǎo)出x_t文件，導(dǎo)入Adams中。

3.2 仿真初始參數(shù)

夜視鏡初始質(zhì)心坐標(biāo)為X=153 mm，Y=36 mm，Z=0 mm；夜視鏡受到火藥燃爆作用，初始速度為1 m/s，方向斜向下45°，角速度為720°/s。夜視鏡受到重力和氣動(dòng)力作用。

3.3 運(yùn)行仿真

該次仿真使用插值方法求解微分方程，分析精度設(shè)為1.0E-3，仿真時(shí)間從夜視鏡火藥燃爆時(shí)刻開始，設(shè)置傳感器判斷當(dāng)夜視鏡與人體發(fā)生碰撞時(shí)仿真結(jié)束。

4 各工況仿真計(jì)算結(jié)果

4.1 夜視鏡軌跡計(jì)算結(jié)果

夜視鏡軌跡計(jì)算結(jié)果見表2。

4.2 氣動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

氣動(dòng)力計(jì)算結(jié)果見表3。表中Fx、Fy、Fz分別代表X方向、Y方向、Z方向的作用力。

氣流速度矢量圖見圖1。

4.3 碰撞速度計(jì)算結(jié)果

夜視鏡與人體相撞時(shí)的撞擊速度為1.5 m/s。

5 仿真結(jié)果分析及結(jié)論

5.1 仿真結(jié)果分析

夜視鏡在下落過程中進(jìn)入高速氣流區(qū)域又離開高速氣流區(qū)域，高速氣流吹襲對(duì)夜視鏡作用時(shí)間短，對(duì)夜視鏡的運(yùn)動(dòng)影響不大，夜視鏡與人體的撞擊速度較低，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。

5.2 仿真結(jié)論

使用流固耦合方法計(jì)算高速復(fù)雜變化環(huán)境下物體的運(yùn)動(dòng)具有非常大的難度，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求高，計(jì)算周期長(zhǎng)。應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)分析和穩(wěn)態(tài)CFD相結(jié)合的方法近似地計(jì)算工程設(shè)計(jì)中物體的運(yùn)動(dòng)情況，工作量小、時(shí)間周期短，有一定的工程應(yīng)用意義。

參考文獻(xiàn)

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