兵器科学与技术

超声速流动中底部排气减阻的数值研究

卓长飞，武晓松，封锋

摘要：底部排气减阻的原理的是在炮弹底部附加一个排气装置，向底部低压区排入低动量高温气体，达到提高底部压力、减小阻力的目的。为了深入研究超声速流动中底部排气技术以及减阻特性，采用高精度高分辨率的AUSMPW+迎风通量分裂格式、k-ωSST湍流模型、8组分12反应化学动力学模型、二阶矩湍流燃烧模型耦合求解三维带化学反应的Navier-Stokes方程，发展了一套基于多块结构网格的三维化学反应流CFD求解器，并对该 CFD求解器数值方法的有效性和可靠性进行了验证。在此基础上，建立了超声速底部流动与燃烧模型，对超声速流动底部排真实气体的化学反应流场进行详细研究，分析了了各个因素影响底部压力的规律和机理。计算结果表明，（1）随着排气参数的增大，底压比将先增大后减小，然后再增大。该变化规律分为两个原理区：底部排气减阻区（排气参数I小于0.01）和火箭加速增程区（排气参数I大于0.01）。在本文研究的工况下，底排减阻区最佳排气参数的范围为 0.003～0.005。在该区域内排气参数较小，即底排装置所携带的燃料更少，同时又能获得较满意的减阻效果。（2）排气参数对底压比影响的机理是底部排气的加质作用直接影响底部流场结构。当排气参数较小时，底部排气能后推初始回流区一部分，同时能在弹底回流，抬高自由剪切层，减小了超声速自由来流的膨胀程度，从而提高了底部压力。当排气参数较大时，初始回流区体积减小，底部的排气仅仅有小部分填充弹底，导致自由剪切层外缘位置反而降低，提高底部压力效果并不明显。（3）当排气参数较小时，底压比基本不随排气面积的改变而改变；当排气参数较大时，排气面积越大，底压比也将越大。在排气减阻区内，大排气动量对底部流场具有破坏作用。当排气参数较小，排出的气体动量较低，排气面积的改变未能造成排气动量的大幅度改变，因此底压比基本不会变化。而当排气参数较大时，排出的气体已经具有较高动量，较大的排气面积对应较小的排气动量，因而底压较高。（4）在最佳排气减阻区内，提高排气总温对提高底压比是有利的。排气总温越大，对应的底压比最大值也将增大。排气总温对底压比的影响机理主要是高温气体进入底部流场中，使得回流区的气体膨胀，体积增大，减小了自由剪切层在弹底拐点的偏转角，减弱了超声速气流在弹底的膨胀程度，从而提高底部压力。（5）富燃气体在底部流场的二次燃烧能提高底部流场的温度，有利于提高底压比；燃料质量分数增加，则底排气体中富燃气体含量增加，二次燃烧越强，从而提高底压比。

来源出版物：兵工学报, 2014, 35(1): 18-26

入选年份：2017

考虑维修能力的战时备件资源配置方法研究

王正元，曹继平，朱昱，等

摘要：战时备件资源配置问题研究对赢得战争胜利具有重要意义，未来战场上装备维修保障空间范围广、任务重、时效性强，如何充分利用有限备件资源保障部队作战需要是一个亟待解决的问题。论文分析了作战装备、作战任务、维修保障机构、备件仓库和作战环境交通状况等因素对备件配置的影响，分别提出了维修中心备件配置模型和伴随保障分队备件配置模型；综合考虑武器装备的毁损情况、故障装备修复能力和作战任务的时限要求，根据战时装备维修保障任务的特点，在尽可能满足作战任务需求的条件下，以成套完好的武器装备套数和零散各型备件数量最小化为目标，建立了考虑维修能力的战时备件资源配置优化模型。模型按照以下步骤求解：（1）输入作战任务情况、作战单元信息、武器装备故障信息、可整体更换的装备组合、伴随保障分队维修能力、武器装备仓库以及道路网信息；（2）计算每个作战单元在作战任务各阶段的时间裕度；（3）计算作战任务各阶段使用的武器装备故障后所需的维修时间以及伴随保障分队修复这些故障装备所需时间；（4）根据一个作战单元的各阶段作战任务的时间裕度和所需全部武器装备故障后所需维修时间，确定伴随保障分队携带哪些阶段作战任务使用的武器装备故障后维修所需备件；（5）根据各个作战单元配属的伴随保障分队可完成维修任务的具体情况，调整携带备件资源，使得补充成套武器装备的总数量相对均衡且数量最少。研究表明：（1）影响战时备件资源配置的因素主要有武器装备自身的可靠性、遭受打击造成损毁、作战任务的时限性和伴随保障分队的维修能力；（2）确定作战任务某阶段维修任务全部由伴随保障分队承担时，只需携带维修任务所需备件，不需要另外配送相应的成套武器装备；（3）减少战时维修中心和伴随保障分队配备备件资源重叠的部分，可以减少配置备件总量；（4）配备备件资源总量最小时，战时维修保障资源配置多目标优化模型转化为成套武器装备配送量最小化的单目标模型；（5）对于成套武器装备配送量最小化的单目标模型，调整故障装备维修任务分配方案，可实现成套武器装备配送量最小化。论文从维修能力角度提出的战时维修保障资源配置优化模型突出了战时维修任务的特点，尽可能不影响作战任务的正常进行，求解方法计算量小，求解过程简单，依据作战任务各阶段时间裕度和故障装备修复时间将维修任务分配给维修中心和伴随保障分队，伴随保障分队不能及时修复时配送相应的成套武器装备。实验结果表明：采用本文方法可有效降低备件资源的供应量，一定条件下可确保作战任务在给定的时间窗口内完成。

来源出版物：兵工学报, 2014, 35(5): 719-724

入选年份：2017