超聲速流動中底部排氣減阻的數(shù)值研究

卓長飛，武曉松，封鋒

摘要：底部排氣減阻的原理的是在炮彈底部附加一個排氣裝置，向底部低壓區(qū)排入低動量高溫氣體，達(dá)到提高底部壓力、減小阻力的目的。為了深入研究超聲速流動中底部排氣技術(shù)以及減阻特性，采用高精度高分辨率的AUSMPW+迎風(fēng)通量分裂格式、k-ωSST湍流模型、8組分12反應(yīng)化學(xué)動力學(xué)模型、二階矩湍流燃燒模型耦合求解三維帶化學(xué)反應(yīng)的Navier-Stokes方程，發(fā)展了一套基于多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的三維化學(xué)反應(yīng)流CFD求解器，并對該 CFD求解器數(shù)值方法的有效性和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，建立了超聲速底部流動與燃燒模型，對超聲速流動底部排真實(shí)氣體的化學(xué)反應(yīng)流場進(jìn)行詳細(xì)研究，分析了了各個因素影響底部壓力的規(guī)律和機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明，（1）隨著排氣參數(shù)的增大，底壓比將先增大后減小，然后再增大。該變化規(guī)律分為兩個原理區(qū)：底部排氣減阻區(qū)（排氣參數(shù)I小于0.01）和火箭加速增程區(qū)（排氣參數(shù)I大于0.01）。在本文研究的工況下，底排減阻區(qū)最佳排氣參數(shù)的范圍為 0.003～0.005。在該區(qū)域內(nèi)排氣參數(shù)較小，即底排裝置所攜帶的燃料更少，同時又能獲得較滿意的減阻效果。（2）排氣參數(shù)對底壓比影響的機(jī)理是底部排氣的加質(zhì)作用直接影響底部流場結(jié)構(gòu)。當(dāng)排氣參數(shù)較小時，底部排氣能后推初始回流區(qū)一部分，同時能在彈底回流，抬高自由剪切層，減小了超聲速自由來流的膨脹程度，從而提高了底部壓力。當(dāng)排氣參數(shù)較大時，初始回流區(qū)體積減小，底部的排氣僅僅有小部分填充彈底，導(dǎo)致自由剪切層外緣位置反而降低，提高底部壓力效果并不明顯。（3）當(dāng)排氣參數(shù)較小時，底壓比基本不隨排氣面積的改變而改變；當(dāng)排氣參數(shù)較大時，排氣面積越大，底壓比也將越大。在排氣減阻區(qū)內(nèi)，大排氣動量對底部流場具有破壞作用。當(dāng)排氣參數(shù)較小，排出的氣體動量較低，排氣面積的改變未能造成排氣動量的大幅度改變，因此底壓比基本不會變化。而當(dāng)排氣參數(shù)較大時，排出的氣體已經(jīng)具有較高動量，較大的排氣面積對應(yīng)較小的排氣動量，因而底壓較高。（4）在最佳排氣減阻區(qū)內(nèi)，提高排氣總溫對提高底壓比是有利的。排氣總溫越大，對應(yīng)的底壓比最大值也將增大。排氣總溫對底壓比的影響機(jī)理主要是高溫氣體進(jìn)入底部流場中，使得回流區(qū)的氣體膨脹，體積增大，減小了自由剪切層在彈底拐點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)角，減弱了超聲速氣流在彈底的膨脹程度，從而提高底部壓力。（5）富燃?xì)怏w在底部流場的二次燃燒能提高底部流場的溫度，有利于提高底壓比；燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，則底排氣體中富燃?xì)怏w含量增加，二次燃燒越強(qiáng)，從而提高底壓比。

來源出版物：兵工學(xué)報(bào), 2014, 35(1): 18-26

入選年份：2017

考慮維修能力的戰(zhàn)時備件資源配置方法研究

王正元，曹繼平，朱昱，等

摘要：戰(zhàn)時備件資源配置問題研究對贏得戰(zhàn)爭勝利具有重要意義，未來戰(zhàn)場上裝備維修保障空間范圍廣、任務(wù)重、時效性強(qiáng)，如何充分利用有限備件資源保障部隊(duì)作戰(zhàn)需要是一個亟待解決的問題。論文分析了作戰(zhàn)裝備、作戰(zhàn)任務(wù)、維修保障機(jī)構(gòu)、備件倉庫和作戰(zhàn)環(huán)境交通狀況等因素對備件配置的影響，分別提出了維修中心備件配置模型和伴隨保障分隊(duì)備件配置模型；綜合考慮武器裝備的毀損情況、故障裝備修復(fù)能力和作戰(zhàn)任務(wù)的時限要求，根據(jù)戰(zhàn)時裝備維修保障任務(wù)的特點(diǎn)，在盡可能滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求的條件下，以成套完好的武器裝備套數(shù)和零散各型備件數(shù)量最小化為目標(biāo)，建立了考慮維修能力的戰(zhàn)時備件資源配置優(yōu)化模型。模型按照以下步驟求解：（1）輸入作戰(zhàn)任務(wù)情況、作戰(zhàn)單元信息、武器裝備故障信息、可整體更換的裝備組合、伴隨保障分隊(duì)維修能力、武器裝備倉庫以及道路網(wǎng)信息；（2）計(jì)算每個作戰(zhàn)單元在作戰(zhàn)任務(wù)各階段的時間裕度；（3）計(jì)算作戰(zhàn)任務(wù)各階段使用的武器裝備故障后所需的維修時間以及伴隨保障分隊(duì)修復(fù)這些故障裝備所需時間；（4）根據(jù)一個作戰(zhàn)單元的各階段作戰(zhàn)任務(wù)的時間裕度和所需全部武器裝備故障后所需維修時間，確定伴隨保障分隊(duì)攜帶哪些階段作戰(zhàn)任務(wù)使用的武器裝備故障后維修所需備件；（5）根據(jù)各個作戰(zhàn)單元配屬的伴隨保障分隊(duì)可完成維修任務(wù)的具體情況，調(diào)整攜帶備件資源，使得補(bǔ)充成套武器裝備的總數(shù)量相對均衡且數(shù)量最少。研究表明：（1）影響戰(zhàn)時備件資源配置的因素主要有武器裝備自身的可靠性、遭受打擊造成損毀、作戰(zhàn)任務(wù)的時限性和伴隨保障分隊(duì)的維修能力；（2）確定作戰(zhàn)任務(wù)某階段維修任務(wù)全部由伴隨保障分隊(duì)承擔(dān)時，只需攜帶維修任務(wù)所需備件，不需要另外配送相應(yīng)的成套武器裝備；（3）減少戰(zhàn)時維修中心和伴隨保障分隊(duì)配備備件資源重疊的部分，可以減少配置備件總量；（4）配備備件資源總量最小時，戰(zhàn)時維修保障資源配置多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為成套武器裝備配送量最小化的單目標(biāo)模型；（5）對于成套武器裝備配送量最小化的單目標(biāo)模型，調(diào)整故障裝備維修任務(wù)分配方案，可實(shí)現(xiàn)成套武器裝備配送量最小化。論文從維修能力角度提出的戰(zhàn)時維修保障資源配置優(yōu)化模型突出了戰(zhàn)時維修任務(wù)的特點(diǎn)，盡可能不影響作戰(zhàn)任務(wù)的正常進(jìn)行，求解方法計(jì)算量小，求解過程簡單，依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)各階段時間裕度和故障裝備修復(fù)時間將維修任務(wù)分配給維修中心和伴隨保障分隊(duì)，伴隨保障分隊(duì)不能及時修復(fù)時配送相應(yīng)的成套武器裝備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用本文方法可有效降低備件資源的供應(yīng)量，一定條件下可確保作戰(zhàn)任務(wù)在給定的時間窗口內(nèi)完成。

來源出版物：兵工學(xué)報(bào), 2014, 35(5): 719-724

入選年份：2017