兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 1158-1170.doi: 10.12382/bgxb.2022.0014
收稿日期:
2022-01-05
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
ZHANG Manman1, JIANG Yi1,*(), SHI Shaoyan2, DENG Yueguang1
Received:
2022-01-05
Online:
2023-04-28
摘要:
采用喷水系统改善导弹地下空间热发射过程的流场,以达到削减压力脉冲峰值、缓解压强振荡和降低流场温度的目的,即减压、降温。结合三维黏性可压缩Navier-Stokes方程、Mixture多相流模型和相变模型,建立气-液两相流控制方程组,并用燃气射流缩比试验数据验证数学模型和数值方法的有效性,采用计算流体力学数值计算方法分析喷水系统对导弹地下空间发射过程流场环境的影响。研究结果表明:在W形地下空间底部建立喷水系统,可以很好地改善导弹地下热发射过程空间内流场环境特性;喷水系统对初始超压现象有很好地抑制效果,弹底压强振荡由8次减少到4次,压强没有产生剧烈振荡,在1atm上下缓慢变化,最大压强仅为1.20×105Pa左右,大大削减了初始超压峰值,并降低了压强振荡的频率和幅值,实现了减压效果;通过液态水剧烈汽化、动量交换等过程,喷水系统强烈而有效地抑制了燃气反溅现象,燃气被约束在筒底位置,导弹底部的最高温度从3000K降低到了400K左右,实现了降温效果。
张曼曼, 姜毅, 史少岩, 邓月光. 喷水系统对W形地下空间热发射流场的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 1158-1170.
ZHANG Manman, JIANG Yi, SHI Shaoyan, DENG Yueguang. Influence on Flow Field of Hot Launch in a W-Shaped Underground Space by Water Injection[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 1158-1170.
参数 | 网格数量/万 | |||
---|---|---|---|---|
95 | 139 | 260 | 640 | |
最小网格尺寸/mm | 5.0 | 2.5 | 1.7 | 1.2 |
计算工时/h | 60 | 96 | 144 | 240 |
表1 不同网格数量的基本参数
Table 1 Basic parameters of different grid numbers
参数 | 网格数量/万 | |||
---|---|---|---|---|
95 | 139 | 260 | 640 | |
最小网格尺寸/mm | 5.0 | 2.5 | 1.7 | 1.2 |
计算工时/h | 60 | 96 | 144 | 240 |
序号 | 监测点名称 | 坐标值/m | 位置 |
---|---|---|---|
1 | missile-bottom | (0,0,0.12) | 导弹底部的中心点 |
2 | point-iop | (0,0,-0.16) | 承重层与导流锥顶端 连线的中点 |
表2 监测点信息
Table 2 Monitoring point information
序号 | 监测点名称 | 坐标值/m | 位置 |
---|---|---|---|
1 | missile-bottom | (0,0,0.12) | 导弹底部的中心点 |
2 | point-iop | (0,0,-0.16) | 承重层与导流锥顶端 连线的中点 |
工况 | 压强峰序号 | 时间/ms | 压强峰值/105Pa |
---|---|---|---|
1 | 0.240 | 2.695 | |
无喷水 | 2 | 0.818 | 3.677 |
3 | 1.488 | 2.358 | |
1 | 0.280 | 1.998 | |
有喷水 | 2 | 0.830 | 2.390 |
3 | 1.550 | 1.240 |
表3 监测点missile-bottom前3个压力峰值的比较
Table 3 Comparison of the first three pressure peaks of the monitoring point missile-bottom
工况 | 压强峰序号 | 时间/ms | 压强峰值/105Pa |
---|---|---|---|
1 | 0.240 | 2.695 | |
无喷水 | 2 | 0.818 | 3.677 |
3 | 1.488 | 2.358 | |
1 | 0.280 | 1.998 | |
有喷水 | 2 | 0.830 | 2.390 |
3 | 1.550 | 1.240 |
监测点名称 | 角度/(°) | 高度/m | 位置 |
---|---|---|---|
missile-90-1 | 90 | 0.3 | 导弹侧面的底部 |
表4 增设的监测点信息
Table 4 Additional monitoring point information
监测点名称 | 角度/(°) | 高度/m | 位置 |
---|---|---|---|
missile-90-1 | 90 | 0.3 | 导弹侧面的底部 |
图16 流场内的温度分布变化(图中黑色的等值线为汽化速率0.01,单位为kg/(m3·s))
Fig.16 Temperature distribution in the flow field (The black contour refers to the vaporization reaction rate of 0.01kg/(m3·s))
典型 时刻/ms | 液态水汽化速率/(kg·m-3·s-1) | 最高位置 z值/mm | |
---|---|---|---|
最大值 | 最小值 | ||
0.2 | 0.097×10-8 | -2.768×10-8 | 81.6 |
0.8 | 0.358×10-7 | -2.302×10-7 | 75.6 |
2.0 | 0.649×10-7 | -2.735×10-7 | 63.6 |
5.3 | 1.883×10-7 | -5.200×10-7 | -8.8 |
19.0 | 1.758×10-6 | -3.006×10-6 | 65.0 |
40.0 | 1.516×10-7 | -6.310×10-7 |
表5 典型时刻液态水汽化反应速率及射流中间区域发生汽化速率的最高位置z值
Table 5 Liquid water vaporization reaction rate at typical moments and the highest position z value where the vaporization reaction rate occurs in the middle area of the jet
典型 时刻/ms | 液态水汽化速率/(kg·m-3·s-1) | 最高位置 z值/mm | |
---|---|---|---|
最大值 | 最小值 | ||
0.2 | 0.097×10-8 | -2.768×10-8 | 81.6 |
0.8 | 0.358×10-7 | -2.302×10-7 | 75.6 |
2.0 | 0.649×10-7 | -2.735×10-7 | 63.6 |
5.3 | 1.883×10-7 | -5.200×10-7 | -8.8 |
19.0 | 1.758×10-6 | -3.006×10-6 | 65.0 |
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The mysterious American missile silo[EB/OL]. (2015-05-16) [2020-03-18].https://bbs.tiexue.net/post_877-7935_1.html in Chinese)
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