舰炮身管冷却分析与优化

论文摘要

舰炮发射过程中瞬时产生高温高压火药燃气并作用于火炮身管,其热作用对舰炮武器系统性能的影响显而易见。因此,分析身管的热作用并对其进行冷却对提高身管寿命有重要意义,其发射过程仿真分析结果对火炮的设计研制也具有很大的指导作用。本文以保证身管发射安全性为目的,用海水对舰炮身管进行冷却,以130mm大口径舰炮为研究对象,对射击状态含有冷却液的身管温度场及其热应力进行仿真分析,而后对冷却液的流速和厚度进行优化。主要包括：①利用I-DEAS Master Modeler模块建立舰炮身管的三维实体模型。②运用传热学、流体力学及热弹性力学相关理论对射击状态身管传热过程进行理论分析。③利用I-DEAS TMG模块综合考虑火药气体传热、身管传热和冷却液冷却作用三方面,运用有限差分法分析单发和连续发射过程的身管温度场分布。④研究身管的节点温度载荷及火药气体对身管内壁压力载荷的综合作用,运用ANSYS软件分析发射过程身管热结构耦合应力的变化规律。⑤对不同流速、不同厚度冷却液的作用效果进行对比,并运用ANSYS优化设计功能得到冷却液流速和厚度的最优值。本文的研究工作为射击状态身管传热过程的进一步研究提供了理论依据,并对武器系统的设计有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 身管温度场研究现状及发展趋势
• 1.2.2 身管冷却技术研究现状和发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 基本理论和基本概念
• 2.1 概述
• 2.2 传热学基本理论
• 2.2.1 传热的基本概念
• 2.2.2 传热的三种基本方式
• 2.2.3 初始条件和边界条件
• 2.2.4 稳态温度场及非稳态温度场
• 2.3 流动与传热问题的控制方程
• 2.3.1 控制方程
• 2.3.2 数值传热学
• 2.4 热弹性力学基本理论
• 2.5 I-DEAS TMG简介
• 2.5.1 概述
• 2.5.2 TMG求解方法
• 2.5.3 TMG网格划分
• 2.5.4 TMG热耦合技术
• 2.5.5 TMG流体网格技术
• 2.6 小结
• 3 身管温度场仿真分析
• 3.1 概述
• 3.2 射击过程身管传热模型的建立
• 3.2.1 射击过程中身管传热理论分析
• 3.2.2 考虑冷却液的身管瞬态传热模型
• 3.3 身管初始条件和边界条件的确定
• 3.3.1 身管的内弹道模型求解
• 3.3.2 身管初始条件的确定
• 3.3.3 身管边界条件的确定
• 3.4 含有冷却液的身管有限元模型计算
• 3.5 仿真结果分析
• 3.5.1 单发身管温度场仿真结果分析
• 3.5.2 连续发射身管温度场仿真结果分析
• 3.6 小结
• 4 身管热结构耦合分析
• 4.1 热结构耦合理论
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 身管的热结构耦合基本方程
• 4.2 热结构耦合分析
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 热结构耦合计算过程
• 4.3 身管热结构耦合仿真结果分析
• 4.4 小结
• 5 身管冷却液参数的优化
• 5.1 概述
• 5.2 含冷却液身管的综合分析
• 5.2.1 身管冷却液流速的优化
• 5.2.2 身管冷却液厚度的优化
• 5.2.3 优化后冷却液的冷却效果分析
• 5.3 运用ANSYS软件优化身管冷却液参数
• 5.3.1 ANSYS优化设计基础
• 5.3.2 ANSYS对身管冷液参数优化设计
• 5.4 小结
• 6 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献