基于FLUENT软件包的制导炮弹气动力参数计算技术研究

论文摘要

FLUENT是由美国FLUENT公司推出的CFD软件,是目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的CFD软件之一。制导炮弹气动力参数的获取是进行制导炮弹相关研究的前提条件。相对于风洞吹风和经验公式方法,利用FLUENT软件包获取制导炮弹气动力参数有其特有的优势。本课题是国家自然科学基金项目“×××”的子课题,为其解决气动力参数获取问题。本文首先建立了一个锥柱体模型,对其分别进行了结构化和非结构化网格划分。并在节点数相同的情况下对两种网格的质量、数量、以及计算时间进行了比较分析；对锥柱体模型的计算区域作了1、4、8、16的分区,分别进行了并行计算(1分区为串行计算),对分区数及相应的计算时间进行了比较分析。制导炮弹具有复杂的外形,头部为球体和锥柱体的结合,舵和尾翼带有倒角以减小阻力,对含有制导炮弹的流场进行结构化网格划分非常复杂。因此,将计算区域分割为球体、圆柱、圆环、圆桶等简单规范的区域,然后进行了结构化网格划分,并用FLUENT软件对制导炮弹模型气动力参数进行了计算。最后,用FLUENT软件对制导炮弹气动力参数计算结果进行了后处理,绘制了不同马赫数下阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数随攻角的变化曲线。通过上述研究,掌握了利用FLUENT软件包进行具有复杂外形制导炮弹气动力参数计算的一整套技术,解决了上述国家自然科学基金项目气动力参数获取问题,也为今后其他制导弹药研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 软件计算
• 1.2.1 CFD技术的发展
• 1.2.2 FLUENT和GAMBIT软件简介
• 1.2.3 网格划分的选择
• 1.3 制导炮弹研究的意义
• 1.4 本文主要内容
• 2 锥柱体气动力参数计算
• 2.1 基于FLUENT的锥柱体气动力参数计算技术
• 2.1.1 锥柱体模型
• 2.1.2 结构化网格的划分
• 2.1.3 非结构化网格的划分
• 2.1.4 计算方法
• 2.2 基于经验公式的气动力参数计算技术
• 2.2.1 阻力系数的计算
• 2.2.1.1 摩擦阻力系数
• 2.2.1.2 头部压差阻力系数
• 2.2.1.3 底部阻力系数
• 2.3 计算结果及分析
• 2.4 本章小结
• 3 并行计算技术
• 3.1 并行计算简介
• 3.1.1 并行计算
• 3.1.2 并行计算环境
• 3.2 CFD并行计算
• 3.2.1 并行原理
• 3.2.2 发展方向
• 3.3 锥柱体外流场的并行计算
• 3.3.1 计算的软硬件环境
• 3.3.2 FLUENT网格分区
• 3.3.2.1 FLUENT网格分区方法
• 3.3.2.2 网格分区
• 3.4 本章小结
• 4 基于FLUENT的气动力参数计算技术
• 4.1 结构化网格划分
• 4.1.1 分块
• 4.1.2 结构化网格生成
• 4.2 基于FLUENT的气动力参数计算
• 4.2.1 求解器
• 4.2.2 湍流模型
• 4.2.3 定义流体物理属性
• 4.2.4 边界条件设置
• 4.2.5 计算格式的选择
• 4.3 并行计算
• 4.3.1 并行计算的意义和模式
• 4.3.2 并行计算的步骤
• 4.4 计算结果及后处理
• 4.4.1 后处理软件
• 4.4.2 计算结果
• 4.4.2.1 弹体周围的压力、速度等分布
• 4.4.2.2 气动力参数计算结果
• 4.5 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献