爆炸成形弹丸（EFP）飞行稳定性研究(16)

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4.2 数值仿真获得的计算模型

分析第三章数值仿真的结果，最终选取模型为：（1）药型罩厚度bt为4.5mm，次口径药型罩半径r0=48mm，药型罩边缘厚度tt=1.0mm，药型罩边缘倒角β为35°；（2）药型罩厚度bt为4.5mm，次口径药型罩半径r0=49mm，药型罩边缘厚度tt=1.0mm，药型罩边缘倒角β为35°。

对这两个仿真方案进行计算，结果如下表：

表4.1 两种优化方案的仿真结果表（200μs）

模型头尾部速度长度长径比 EFP成型

（1） 1789/1785 46.25 1.42

（2） 2208/2208 64.4 1.06

由上表可以看出，模型（1）得到的EFP头尾部速度几乎一致，长径比的值较佳，EFP成型良好，尾部尾裙向前弯曲程度大，具有良好的气动外形。模型（2）中，头尾速度一致，且均大于模型1的速度，长度也较长，有尾裙，且尾裙向前弯曲，气动外形良好。

4.3 控制方法和计算方法

由于EFP飞行速度很高，此时必须考虑空气的粘性。另外，由于EFP尾部存在空腔结构，容易产生涡流，因此选用基于Favre平均的N-S方程[60-61]，并选择经典的k-ε湍流模型。

连续方程：

(4.1)

动量守恒方程：

(4.2)

能量方程：

(4.3)

k-ε方程：

(4.4)

(4.5)

其中：

(4.6)

=1.44，=1.92，=1.0，=1.3

由于上述所采用标准的k-ε模型是高雷诺数模型，因此不可将其用于粘性影响强于湍流影响的近壁面区域，在近壁面出的单元采用壁面函数来处理，可精确计算粘性力，k和ε的运输方程不在使用数值积分的形式，而是采用半经验公式将k、ε与ur联系起来，计算公式为[62]：

，， (4.7)

其中，=0.09，为壁面处剪切应力，是根据第一个单元中y和u的已知迭代计算得到的，取κ=0.41，y为某单元与壁面的距离。空间离散采用高阶精度的Roe’s通量差分分裂格式，采用全隐式求解。

4.4 攻角不同时气动力参数的数值计算

由于EFP在形成过程中会受到各种不对称因素的影响，即使是对于设计稳定的EFP，它在飞行过程中也存在一定的攻角，一般来说，当攻角小于10°时，起着靶姿和威力不会受到太大影响，这是在误差允许接受的范围之内的。若EFP的气动外形良好，攻角会在一定的范围内变化甚至是变小，否则会失散并逐渐失稳。由于EFP的飞行速度高，初速大约为2000m/s，作用距离短，一般为100m-150m，气动作用的总时间是很短的，大约只有几十毫秒，所以，减少对EFP初始飞行的扰动是至关重要的。

仿真中选取气动力计算的条件为标准状态，即大气密度1.225kg/m3，大气压为101325Pa，大气温度为288.15K，声速为340.294m/s。模型的计算状态及基本参数如下表。