尾翼型EFP飞行特性仿真研究

杨品

摘要：本文运用CFD仿真软件，对尾翼型几何对称和非对称EFP进行静态和动态气动仿真计算，并运用6DOF模块对EFP的飞行特性进行模拟，研究结果对在EFP弹药工程研制和应用中有指导意义。

1 前言

爆炸成型弹丸EFP （Explosively Formed Projectile）是聚能装药的重要分支，其作用过程分为成型、飞行、侵彻三个阶段，成型阶段是实现金属药型罩在炸药驱动作用下形成EFP， 飞行阶段是EFP在空中飞行的稳定性和速度衰减过程，侵彻阶段则是EFP对目标的终点作用过程，获得具有良好气动外形、稳定飞行的高速EFP是EFP战斗部的设计目标。

随着高性能服务器和CFD数值模拟技术的發展，已有专家学者对理想的杆式和准球形EFP进行了气动计算及弹道计算[1] ，分析了理想EFP外形参数对其稳定性的影响。本文对由中心起爆和偏心起爆得到的尾翼型EFP，利用三维造型软件进行逆向建模，进行适当修补，得到真实形状的EFP模型，并采用可压缩流、重叠网格、6DOF运动模型模块，对进行了气动力和六自由度运动的仿真计算，得到了两者在不同攻角下的空气动力学系数和外弹道特性曲线，并且对仿真结果做了对比分析，得到了一些重要结论，为EFP战斗部结构的择优选择奠定了基础。

2 几何模型建立

采用仿真软件对建立EFP装药结构的三维模型进行爆炸过程的数值计算，通过后处理可将EFP弹丸以STL格式导出。STL文件是一种以三角面片存储模型表面信息的离散数据格式，在三维造型软件将其导入，并重新造型模块进行逆向建模，得到完整EFP的IGES格式模型，如图1所示。

图1为由中心起爆（模型A）和偏心起爆（模型B）得到的EFP几何模型。从两者的头部看去，模型B的1部相比于模型A，外形上的不对称性比较明显。

3 仿真模型建立

由于EFP外形的不规则性，使得计算域的拓扑结构比较复杂，在生成结构化网格时采用分块技术，整个计算域分为34个规则的子区单独进行网格生成，而后各个子域相互对接构成复杂的流动区域。

其中边界条件设置为远场，输入EFP马赫数、静温、静压以及k和 ;壁面条件采用无滑移绝热固壁边界，弹体周围网格与背景网格的交界面采用重叠网格条件。对于动态仿真计算，背景网格采用规定运动算法，弹体周围嵌套网格，采用6DOF运动算法，且背景网格的运动方式依赖于嵌套网格的运动。

4 仿真结果分析

4.1  静态计算结果

模型A和模型B的成型初速度均为2486m/s，质量0.018kg，弹长0.0242cm。 在攻角为0～10时进行静态仿真。

计算结果表明：模型A是稳定的，静稳定度在17%左右，压心位于质心后面，而模型B在小攻角时压心系数为负的，压心在质心前面，是不稳定的;在大攻角下压心虽然在质心后面，但两者很接近，静稳定度不到0.1，还是不稳定的，这在后面的6DOF弹道仿真结果中可以看到。

4.2 动态计算结果

运用6DOF运动模块，对模型A和模型B在攻角3时，进行动态飞行仿真。当EFP飞行65m时，速度随位移的衰减如表1所示，模型B比模型A稍大些，且理论和仿真计算的结果几乎相同。

由于模型A是静稳定的，所以其攻角在飞行过程中逐渐变小，模型B是不稳定的，其攻角会逐渐增大;另外模型A提供的升力大于其自身重力，所以出现弹丸的上升趋势，而模型B的升力小，弹道下沉较大。

5 结论

通过本文对EFP飞行稳定性数值模拟的初步探讨，可以得到如下结论：

1）可通过三维造型软件对原始EFP模型进行逆向实体建模，并且这个过程不会改变EFP的质量特性，故可准确进行下一步的气动分析;

2）通过对由中心起爆得到的对称EFP和由偏心起爆得到的非对称EFP的气动仿真分析可知，外形上不对称性会导致EFP飞行不稳定，因此在进行EFP战斗部设计时，要特别注意几何结构、质量分布、起爆方式等的对称性。

参考文献

侯云辉，罗建等.EFP的优化设计和飞行稳定性研究[C] ].2009战斗部与毁伤专业委员会第十一届学术交流会，宜昌：2009：361-368