Численное моделирование динамики внутрикамерных процессов при срабатывании артиллерийского орудия

• Автор: Парфенов, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1.0 преимуществах численного моделирования при решении прикладных задач

1.2. О методе Ю. М. Давыдова

1.3. Проблематика рассматриваемых задач моделирования

внутрикамерных процессов

ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСНАЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВНУТРИКАМЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Физическая модель

2.2. Математическая (дифференциальная) модель

2.2.1. Зажигание и горение порохового заряда

2.2.2. Газовая динамика процесса течения гомогенногетерогенной газовой смеси в осесимметричной цилиндрической постановке
2.2.3. Газовая динамика процесса течения гомогенной газовой
смеси в трёхмерной постановке
2.2.4. Движение снаряда
2.3. Методы численного интегрирования
2.3.1. Метод решения задачи зажигания и горения порохового
заряда
2.3.2. Метод решения газодинамической задачи
2.3.2.1. Течение гомогенно-гетерогенной газовой смеси в осесимметричной цилиндрической постановке
2.3.2.2. Течение гомогенной газовой смеси в трёхмерной
постановке
2.3.2.3. Постановка граничных условий

2.3.2.4. Устойчивость конечно-разностных схем метода
2.3.3. Решение задачи движения снаряда
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ
3.1. Программный комплекс MARS_DT_V
3.1.1. Программный модуль Demos V
3.1.2. Программный модуль Aster_DT_V
3.1.3. Программный модуль Aster_Turbo_CN_V
3.1.4. Программный модуль MarsJDTV
3.1.5. Программный модуль Graph_DT
3.2. Программный комплекс THETIS
3.2.1. Программный модуль DTAD Octans
3.2.2. Программный модуль DTAD
3.2.3. Программный модуль DTAD_Pictor
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Оценка эффективности распараллеливания алгоритма
4.2. Результаты комплексного расчёта процесса срабатывания артиллерийского орудия в осесимметричной (цилиндрической) постановке
4.3. Результаты детального расчёта процесса срабатывания дульного
тормоза в трёхмерной постановке
ВЫВОДЫ
Перечень основных обозначений, символов, сокращений и терминов.
Литература
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Повышение боевого могущества артиллерийских систем достигается за счёт оптимизации динамики внутрикамерного процесса, а также за счёт совершенствования энергетических характеристик порохового заряда.
Применение модифицированных порохов высокой энергетики, новых конструкций зарядов и схем компоновки артиллерийского выстрела повышает боевое могущество и одновременно существенно усложняет работоспособность артиллерийской системы. Высокая температура горения пороха, повышенные температуры потока продуктов сгорания за счёт волновых эффектов, больших перепадов давления и интенсивного ускорения снаряда, а также эрозионные эффекты, возникающие при взаимодействии высокоскоростного потока продуктов сгорания со стенкой канала ствола, отрицательно сказываются на живучести ствола. Вносит свой отрицательный вклад и механическое воздействие на канал ствола ведущего пояска снаряда. Вследствие чего увеличивается внутренний диаметр ствола, а, следовательно, увеличивается зазор между стенками канала ствола и ведущего пояска снаряда. Это снижает баллистическую эффективность артиллерийского выстрела (снижается дульная скорость — основная характеристика выстрела) [21-22, 164 и др.].
С повышением боевого могущества значительно увеличивается реактивная сила отката, которая, в ряде случаев, является определяющей характеристикой артиллерийской системы. Компенсировать откатные усилия необходимо применением специальных устройств - амортизаторов, например, дульных тормозов с высоким коэффициентом эффективности [28, 141, 158, 163 и др.].
Дульный тормоз - устройство-компенсатор, предназначенное для уменьшения силы отдачи, вызванной движением продуктов сгорания порохового заряда, выходящих из ствола артиллерийского орудия при выстреле вслед за снарядом, и повышения кучности стрельбы. Принцип

точки зрения исследуем процесс течения газовой смеси в полной -нестационарной и трёхмерной постановке. Газообразные продукты сгорания рассматриваем как полностью прореагировавший идеальный газ. Пренебрегаем тепловыми потерями в стенки каморы, ствола, дульного тормоза и снаряда.
С учётом допущений, о которых упомянуто выше, полная нестационарная система вихревых дифференциальных уравнений газовой динамики для гомогенного газового потока в каморе, стволе и дульном тормозе артиллерийского орудия запишется в виде:
• уравнения неразрывности (сохранения массы)
-^ + ЛЧ{р¥) = 0;

^^ + <Яу(рфУ) = 0; ф=*,. т
• уравнения сохранения импульса по осям координат
+ Лг(ргЛУ) + ~ = 0; от ах
Щ^ + сИу( ру¥) + ~ = 0; (16)
д( оу
-Э%^- + Лг(р^) + ^ = 0;
Э/ дг
• уравнение сохранения полной удельной энергии смеси
+ Лу(рЯУ) + (Цу{РЩ =0, (17)
где для декартовой системы координат -
,. (тл ^0эм) Э(£у) Э(^м>) й г -I
й?гг(^) = + ~~ + Ъ = [р,рм,рг,р>г,р£,Р|
ох оу ог
Для замыкания системы дифференциальных уравнений (15) - (17) используем уравнение состояния
С IV2) ]
р=(£-1).р

1-а-р