ANSYS FLUENT在火箭燃气流冲击模拟中的前沿应用

1 研究现状及存在问题
     

火箭武器由于具有火力密度大，发射方式多等优点，已成为军队现代化建设不可或缺的火力装备。然而，火箭发射时向后喷出的燃气射流，会对发射装置产生较大的冲击载荷，从而引起发射装置振动并造成火箭的起始扰动，进而影响到火箭的发射密集度。研究火箭发射时的燃气冲击效应，可以为发射系统的性能设计和参数优化提供依据。

燃气射流实验一般需要在专门的冲击效应防爆测试间进行，通过安全窗对燃气射流源的工作状况和燃气流场进行观察与光学照相。防爆测试间可以布置多种实验研究系列，这些实验研究系列一般是围绕火箭燃气射流自由流场研究、火箭导弹在离开定向器后对发射装置的冲击效应研究、机载火箭导弹机弹相容性研究、燃气流场的导流与防护等开展。

然而，目前针对燃气射流的测量多为接触式布点测量，所布测点有限，并不能很好的揭示燃气流场的规律。为了测出完整的燃气流场，往往需要进行多次试验，但这样确引入了新的问题，即由于装药量的偏差或者发动机的更换，实际每次的燃气流场也并不完全相同，实验得到的数据与实际的流场也有一定的偏差。且多次实验会在增加用药量的同时，耗费大量的时间以及人力、物力和财力。

此外，在对燃气射流的冲击效应进行测试时，并没能直接测得燃气流场的冲击载荷。而是通过在迎气面特定部位布置压力传感器，测试燃气射流皮托管压力的时间历程，再利用燃气流理论进行冲击载荷计算。这样得到的数据极不准确，与实际的数值之间有较大的差距，若再利用这些数据对火箭导弹的发射架、导流器以及机身蒙皮等进行结构设计和优化也难免有些不尽人意。

2 必要性分析
 

ANSYS FLUENT软件一般对足够不同的设计方案给出正确的排序。比之燃气射流实验，ANSYS FLUENT软件分析的长处是采用FLUENT软件计算得到了燃气射流对被测模型的载荷变化情况，通过与传统试验的压强对比可以看出FLUENT软件的计算结果有一定的参考价值，可以为测量平台的结构设计、一维拉压力传感器的选择提供理论基础。

ANSYS FLUENT软件具有丰富的湍流模型，能够较精确捕捉机身壁面的详细压力分布，捕捉如旋流等细微流动，通过软件的数据二次处理，能够精确得到机身向前的推力，同时通过软件后处理功能可以得到使用者所需的任何流动特性，方便研究人员对所得到的流场数据进行分析处理。通过仿真可以指导试验，减少试验的工作量，节省人力、物力和财力，而且大大减少了项目研发工期，提高研发成果及效率。

ANSYS FLUENT软件在国内的火箭燃气流冲击领域应用非常广泛，在国内也获得了业界公认。因为FLUENT软件的易用性以及计算结果的稳健性，是国内企业CFD软件的首选。

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