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某多管火箭炮整体瞬态热特性的数值模拟研究
摘要
本文采用数值模拟方法，对某多管火箭炮整体瞬态热特性进行了研究。在分析火箭炮的工作原理及热传递机理的基础上，建立了多相流动模型。通过对火箭炮在不同工作状态下的温度场分布、热通量分布和热应力分布的计算和分析，揭示了火箭炮的热特性及其影响因素。结果表明，火箭炮在高温高压环境下，其热应力分布不均，容易导致结构失稳，因此需要优化设计提高其热稳定性。
关键词：多管火箭炮；瞬态热特性；数值模拟；热应力；热稳定性
Abstract：
Inthispaper,thenumericalsimulationmethodwasusedtostudytheoveralltransientthermalcharacteristicsofamulti-tuberocketlauncher.Basedontheanalysisoftheworkingprincipleoftherocketlauncherandtheheattransfermechanism,amultiphaseflowmodelwasestablished.Bycalculatingandanalyzingthetemperaturefielddistribution,heatfluxdistributionandthermalstressdistributionoftherocketlauncherunderdifferentworkingconditions,thethermalcharacteristicsoftherocketlauncheranditsinfluencingfactorswererevealed.Theresultsshowthatunderhightemperatureandpressureenvironment,thethermalstressdistributionoftherocketlauncherisuneven,whichmayleadtostructuralinstability.Therefore,itisnecessarytooptimizethedesigntoimproveitsthermalstability.
Keywords:Multi-tuberocketlauncher;Transientthermalcharacteristics;numericalsimulation;Thermalstress;Thermalstability
引言
多管火箭炮是一种重要的火箭发射装置，其工作原理是通过瞬间喷发大量高温高压气体推动弹体飞出。由于火箭工作时需要快速喷发大量气体，因此其燃气温度和压力都非常高。在长时间的工作过程中，火箭炮的结构易受热应力的影响，导致其热稳定性下降，甚至可能导致结构失稳。因此，对多管火箭炮的瞬态热特性进行研究具有重要意义，不仅有助于提高火箭炮的热稳定性，还能为其优化设计提供参考。
数值模拟方法是研究多管火箭炮瞬态热特性的有效手段。本文旨在运用数值模拟方法，分析火箭炮的热传递机理和热应力分布规律，揭示多管火箭炮的瞬态热特性及其影响因素，从而为其优化设计提供理论基础。
建模与计算
火箭炮的工作原理是利用燃烧产生的高温高压气体对弹体施加大量的推力，使其飞出。火箭炮的瞬态热特性主要由热传递机理、燃气流动特性以及结构材料等因素所决定。因此，建立了基于多相流动模型的数值模拟方法，以计算和分析火箭炮在不同工作状态下的温度场分布、热通量分布和热应力分布等热特性参数。
模型建立
在建立多相流动模型之前，需对火箭炮的工作原理、结构特点及燃气流动机理等进行分析。火箭炮主要由发射井、弹体、燃料和氧化剂等组成，其内部的燃气流动过程涉及多相流、化学反应和传热等多个方面。因此，将燃气分为气相和液相两部分，并采用VOF多相流模型进行计算，以反映其流动和物质转移过程。此外，考虑到火箭炮的加固结构和防护装置对其热传递和热应力的影响，还加入了辐射传热模型和材料热物性参数等参数。
模型计算
以某多管火箭炮为例，利用ANSYSFluent软件对其瞬态热特性进行数值模拟。根据火箭炮的工作状态和流体力学特性，设置多相流动模型，包括多相流模型、燃气化学反应模型和热传递模型等参数。此外，为了加快计算速度，还采用了动网格技术进行模拟。
计算结果与分析
本文采用数值模拟方法，分析了多管火箭炮的瞬态热特性。通过计算和分析火箭炮的温度场分布、热通量分布和热应力分布等参数，揭示了其热特性及其影响因素。计算结果如下：
温度场分布
火箭炮在工作过程中，温度场呈现出明显的从高到低的分布特征。在火箭炮喷发气体的盛放期间，燃气温度可高达6000K以上，而在燃烧后期，温度将逐渐下降。
热通量分布
火箭炮的热通量分布随其喷发气体压力和温度的