尾翼脱壳穿甲弹的网格生成方法

尾翼脱壳穿甲弹的网格生成方法 6一第8卷第4期弹道V0L8No.4 Dec.1996 尾翼脱壳穿甲弹的网格生成方法 基盘高马大为,杨宏伟 (南京理工大学机械系,南京2lD094) —T.町,,,,1.lJ争//I/ ,\擅要尾翼脱壳穿甲弹的几何外形十分复杂,培研竞弹托和弹体之问的气动干扰工 作常带来艰太茸难?连用Thomps0n方击和计算域先分堤生成同牾,瑞詹拼蛄,获得可. ,ql来数值模拟弹托从弹体上分离时干扰流埽的夸理同格系蟪.谊方法简单方便,同格 生成收敛速度快?- 美奠词 ,墨墨!里曼,. 兰兰兰:苎兰鱼h0方 尾翼脱壳穿甲弹(APFSDS)具有初速大,飞行时间短,威力大的特点.发射时,弹托从弹 体上脱落,弹体和弹托之间将产生十分复杂的气动干扰和机械干扰现象.其中,气动干扰是 引起弹丸初始扰动的主要因素之一.从7O年代起,国外学者运用弹道靶道,风洞实验,工程 计算和数值模拟等手段对卡瓣脱落过程中弹托对弹体之问的气动干扰进行了一系判研究, 目的是要发展减小弹丸初始扰动新技术,提高其射击精度.在数值模拟研究中,由 于尾翼脱 壳穿甲弹几何形状十分复杂,人们在选择计算模型时,不得不对其几何外形作大量 的简 化"].近年来,计算机性能不断提高,计算方法日渐完善.因此,发展一种更精确有效 的数 值模拟方法来研究脱壳穿甲弹的气动干扰是十分必要的. 1Thompson适体网格生成方法 如图1所示,考察区域n,考虑方程组 n七,. l+=0 C一0 n (a)物理平面缸,) 收稿日期:1996-04—16 图1适体曲线同拮 (b)计算平面(,哼) 第4期乐贵高等尾翼脱壳穿甲弹的网格生成方法57 及边界条件 f(O,)一07lr一7o o: 如果我们要求所生成的网格对应于(},)平面上的等距划分,则可以得到一个(,)平 面到(},7)平面的映射,而在(,7)平面上,?,?为常数.由于我们需要求出的是(},7)和 (},7),因此,需将(1)式变换为以(},7)为自变量形式的方程 , j一触n+一'+'(3)l*一2+":一J(+y,Q) 因而,可以得到物理平面上的曲线网络.这里n,,和l,的定义为 fn—;+Y;一xtx+,., 【y=+Y;J—F+z_ (,)平面(郾计算平面)上的网格是直线正交,网格问距均匀分布,即任意两条等?线 和 任意两条等?7线的间距分别为 f一一一.=1… 【却.一却+.一却一1 将(3)式在物理平面上进行离散,所有偏导数均以中心差分计算,得到离散形式的 方程 』而D血+D++/仉'(6)【 Yi,一(Dq+D1,+Dp,+Djy)/D.y 其中D'r—.(z+1.,+五一I,J)D一(+1+Y.一1.,) D砖一一2(肛却)Dp,一2() D一, (霸肿1+一1)D—ai,j(_1J+1+Y_1J—1)(7) D=[1,(丑P+z)]Ds,一EJ(P+,,)]i. D一2(n+) 方程组(6)可采用超松驰方法进行求解,得 j+(8) 【一Y74+(,,一yT,,) 这里上标n+1和n分别指网格点上迭代前后的坐标分量值,,均为超橙驰因子,其取 值 范围为1<<2,1<<2.一般取和为1.55.(3)式中的的非齐敬源硬P和Q可 采用文献[4]推荐的形式,即 P一一?毋sgn(~一$Dexp(--.l}_-,f)|_1 一 善如gn(e)ex(一= (9 Q一一蚤gn()exp(_.l一1) 一 sgn(7一x(面) 58弹道第8卷 式中,和分别为调整密集程度的系数,,和分别为向其收缩的等#线和等线 (,)为向其收缩的点. 2尾翼脱壳穿甲弹的网格生成 遇到形状十分复杂的计算区域,可以 将其划分成若干个子块来处理.首先对 各子块进行网格生成,然后将生成好的 各个子块拼接起来.拼接时必须保持各 子块边界上的网格节点相交,这样便于 建立离散后各格子周边数值通量之间 的联系.如图2所示,图a的拼接方法合 理,图b的拼接方法不合理. 以某种型号的尾翼脱壳穿甲弹为 例来进行网格生成,考虑到计算域形状 医区 彝.1区?区 ct) I区?医 (b) 图2阿格拼接 十分复杂,根据上述划分子块的思想,我们将其划分为45个子块,目的是使各 子块四周 边界上的网格便于拼接.图3是拼接成的计算网格. 3结论 圈3APF'SDS的计算用格 (1)使用Thompson适体网格自动生成方法,计算区域内的网格分布能适应边界几 何 形_状的变化,所生成的网格边界能实现贴体. 第4期乐贵高等尾翼脱壳穿甲弹的罔格生成方法59 (2)可以通过改变P,Q值来调整网格的疏密,使流动参数梯度太的地方网格密,梯度 小 的地方网格疏,因此对流动参数不均_匀的流动问,在计算量同等的条件下,能更 有效地模 拟出流动信息. (3)给定计算域边界的网格分布以后,通迭代的方法可以自动地生成曲线网格.一 般只 需迭l,l0步,收敛速度很快. (4)APFSDS的几何形状十分复杂,本文所获得的阚格系统可用于APFSDS的气动 干 扰数值模拟研究. 参考文糠 1Nu3c^MJCcmputRtionalfluiddynamJc$applicationt0theaerodynamicsofsy~metdcsab otd^rd.AIAA一 90一?96 2LesageF,RawMJ.Nalver— Stokescomumtlonsltheaerodynamicsofsymmetricsabotsepnmti~?13th internationalsymposiumOllballistics.sweden.1992:1—3 3t曩才,赵南样,张可直.脱蠢牟甲弹弹托莆胜特征点的压力估算.弹道?19931(3) 4ThompsonJF.ThamesFC.MastinCW.Boundazy-fittedcm-vilineuc~.Drdlnatesystemfor solutionofperth differentialequationscontainingshynumberotarbitrarytwo-dimensionMbodies.Journal0 fcomputational 319 phyMcs,1974I15l299— AMETHoDFoRTHEGRmGENERATIoNoFAPFSDS LeGuigaoMaDaweiYangHongwei (Mech.college-NUST,Nanjing,210094) A~tmctThecomplicatedgeometryconfigurationofAPFSDSusually makesmanydifficultiesforthestudiesofasabotandapro]ectih aerodynamicinteraction.Inthispaper,arationalmeshsystemforthe investigationofinteractionfluidfieldscausedbyasabotseparatingfroma projectileusingThompsonmethodandcomputationaldomainblockingat first,thenpu~ingeachzonetogetherhasbeenobtained.Thismethodis simple,anditsconvergerateisfast. KeywordsAPFSDS.exteriorballistics,gridgeneration,Thompson method