参 考 文 献 34

1  绪论

1.1 研究背景

稳定尾翼脱壳穿甲弹（APFSDS）使用轻质弹托将弹体夹在中间，弹托外径与口径一致，APFSDS采用大长径比杆状弹芯，离开炮膛后卡瓣受到空气阻力的作用与弹芯分离，而弹芯沿着炮管指向继续飞行。为提高飞行过程中的平稳度和精度，在弹尾处加装十字形尾翼。APFSDS弹具有高穿深、高初速、高精度和大攻角着靶不易弹飞等优点。广阔的发展前景使得APFSDS弹成为当今反坦克武器中最常用的弹种之一。先进的尾翼稳定脱壳穿甲弹可以让陆军装甲作战单位占有先敌发射、首发命中等优势。由此美国国防部将APFSDS弹技术列为军用关键技术计划的重点研究项目之一。

我国也已对尾翼稳定脱壳穿甲弹进行了多年研究，取得了许多成果[1]，如国产100mm、125mm脱壳穿甲弹。随着科学技术的发展，如内、外弹道学、空气动力学和计算流体力学等的数值计算模型的研究，人们能更加精确和正确地描述弹道学所包含的各种现象，也能更好地预测弹丸发射、飞行、着靶等过程的物理状态和特性[2]。

在武器的研发过程和改进的试验中，往往需要通过对弹丸的弹道和飞行稳定性的分析来确定弹丸的性能[3]。想要解析弹丸飞行规律，首先就需要根据弹丸的运动参数和特性计算得到相应的气动参数。例如，对弹丸的结构外形进行改进后，通过实验获得到了弹丸的飞行速度、弹体飞行姿态等参数，怎样通过这些数据获取弹丸的升、阻力系数，从而计算该弹丸的弹道与飞行特征，分析该外形是否满足弹丸的飞行稳定性，都是武器研发过程中的常见问题[4]。

近年来通过广泛应用CFD技术，使飞机整体设计时间减少40%-50%，升阻比提高15%-20%，风洞试验减少50%[5]。可见，使用CFD进行数值模拟可以大大节约设计时间，降低设计及实验成本，是一种简单、可靠和经济的设计及前期测试方法。

计算流体力学作为一个独立的学科，在计算机科学突飞猛进的时代背景下经过数十年的发展，已然成为流体力学相关科学研究和工程分析设计的重要手段[6]。近年来各国开始广泛使用CFD软件对APFSDS弹进行数值模拟，达到代替前期实验的目的。如钱吉胜以脱壳超声速穿甲弹为原型，利用Fluent软件对弹托与弹芯成不同角度时弹体周围的流场进行了分析比对；武频等利用多块复合网格生成法对APFSDS弹外形进行简化后，针对五种不同的卡瓣张角状态做了气动数值模拟等[7]。可见，利用软件进行尾翼稳定脱壳穿甲弹数值仿真已经成为普遍现象，相关问题的研究也具有相应的现实意义。

本课题旨在通过对脱壳穿甲弹发展动向的了解，获悉当今气动力分析方法发展现状，并通过建模及软件处理得到某型号穿甲弹的气动力系数并进行分析。

1.2 研究现状

1.2.1 脱壳穿甲弹的发展

1.2.2 数值模拟研究现状

1.3 本课题的研究内容

本课题拟对某型穿甲弹进行模型构建，并划分网格，并使用FLUENT进行数值模拟。主要任务包括：

(1)了解尾翼稳定脱壳穿甲弹发展动向；

(2)知悉武器气动力分析的研究现状；

(3)熟悉ICEM网格划分前处理建模软件；

(4)掌握计算流体力学FLUENT数值计算方法；

(5)获得尾翼稳定脱壳穿甲弹气动力系数；

(6)推导了算例的气动系数；

(7)比较数值仿真与理论计算结果，并分析误差原因。

2  弹丸模型建立及网格划分

本课题使用Pro/Engineer Creo Wildfire 5.0构建脱壳穿甲弹模型，并以ANSYS ICEM CFD 15.0划分网格。网格划分中弹头、弹翼部分需要重点细化。因弹丸高速运动使该部流场急剧变化，应细化网格以便于计算分析流场变化。但过多的网格会导致计算时间呈几何增长，因此应适当控制网格尺寸，从而找到一个恰当的精度和时间的平衡点。 Fluent尾翼稳定脱壳穿甲弹气动数值仿真(2):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205609.html