制退机内部流场空化特性数值仿真
.信息技术.丁传俊，等.制退机内部流场空化特性数值仿真
Ｍａｃｈｉｎｅ
Ｂｕｉｌｄｉｎｇ
Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｏｃｔ２０１５，４４(５):９３~９５，１１５
作者简介:丁传俊(１９８６－)，男，河南信阳人，硕士研究生，研究方向:火炮可靠性三制退机内部流场空化特性数值仿真
丁传俊，张相炎
(南京理工大学机械工程学院,江苏南京２１００９４)
摘 要:通过建立基于动网格的制退机二维简化模型，采用Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅκ－ε湍流模型二多相流Ｍｉｘｔｕｒｅ模型和气穴模型研究了火炮后坐运动过程中制退机内部的流动特性三仿真结果预测了制退机内部气穴发生的区域，较为精确地显示了流场内压力二速度和气体体积分数的瞬时分布，认为制退机在后坐结束时期其非工作腔部分区域充满泡沫化的制退液三该结论可以为制退机的优化设计和故障诊断提供理论参考三关键词:火炮；制退机；多相流；空化；数值仿真
中图分类号:ＴＪ３０３＋.４;ＴＰ３９１.９ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１６７１-５２７６(２０１５)０５-００９３-０３
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｉｏｒＦｌｏｗＦｉｅｌｄＣａｖｉｔａｔｉｏｎｏｆＧｕｎＲｅｃｏｉｌＢｒａｋｅ
ＤＩＮＧＣｈｕａｎｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｎｇｙａｎ
(ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｇｕｎｒｅｃｏｉｌｂｒａｋｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｅｃｏｉｌｍｏｖｅｍｅｎｔ，ａ２Ｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｉｓ
ｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｅｓｈｍｅｔｈｏｄ.ＡｎｄｔｈｅＲｅａｌｉｚａｂｌｅκ－εｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅＭｉｘｕｒｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｃａｖｉｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｒｅｕｓｅｄｉｎＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌａｒｅａｔｈａｔｔｈｅｃａｖｉｔａｔｉｏｎｈａｐｐｅｎｓａｔｔｈｅｉｎｓｔａｎｔａ-ｎｅｏｕｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｖａｐｏｒａｎｄｔｈｅｆｏａｍｅｄｒｅｃｏｉｌｌｉｑｕｉｄｆｉｌｌｅｄｔｈｅｎｏｎ-ｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｗｉｔｈａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｒｅｃｏｉｌｍｏｖｅｍｅｎｔ.Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅｃｏｉｌｂｒａｋｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｕｎ；ｒｅｃｏｉｌｂｒａｋｅ；ｍｕｌｔｉ-ｐｈａｓｅｍｏｄｅｌ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
０ 引言
制退机是火炮上控制受力和运动的重要部件，通过挤压制退液使其流过流液孔以达到耗能的目的，从而保证火炮射击稳定性三由于制退机内部工作压力较大，工作腔和非工作腔有较大的压差，又存在液流的高速冲刷作用，这就为流动空化现象的发生提供了条件三
杨玉栋等
[１]
研究了制退机节制环磨损的机理，认为
由于流体的空化作用会产生大量气体空泡，如果这些空泡溃灭在固壁附近，则不断溃灭的空泡会产生极高的瞬时高压，破坏固体壁面，即为气蚀，由此导致了节制环的磨损三周成等[２]研究了固体颗粒对制退机内部的冲刷磨损，认为制退机故障是火炮常见故障之一，漏液和磨损是导致制退机失效的主要故障模式，其中节制环磨损和制退杆活塞磨损是制退机磨损失效的主要因素三张晓东
[３]
等研究了
考虑空化效应的火炮复进运动，认为制退机在后坐过程结束时，空化形成的大量空泡被冲到非工作腔三在空泡还未全部溃灭时，复进运动已经开始，还推导了复进阻力公式三范永等
[４]
分别建立了火炮制退机的二维和三维模型，采
用了压力出口的边界条件，计算了制退机内部的流动特性，得到了较好的结果三贾文华等
[５]
分别计算了导弹水
下发射和液压阀的空化效应，为计算制退机的空化效应提供了有益的参考三现针对制退机流动空化效应这一复杂
问题，采用商用ＣＦＤ软件ＦＬＵＥＮＴ建立了简化计算模型三考虑了流动的动态特性，采用了全封闭的计算区域和Ｍｉｘｔｕｒｅ气液两相流模型，对制退机内部流动情况进行了较为完整的仿真，仿真结果定性地反应了制退机内部的空化效应，同时也表明了在后坐结束时刻，非工作腔部分区域充满着泡沫状的制退液三
１ 制退机计算模型的建立(图１)
P 1
P 3
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P 3=0
图１ 制退机结构简图
火炮发射时，后座部分沿导轨向后运动，制退杆活塞挤压Ⅰ腔内的制退液，导致Ⅰ腔工作压力增大，使制退液分为两股液流流出，其中一股流入非工作腔Ⅱ，另一股液流流入Ⅲ腔，由此达到耗能作用三经典理论认为，由于制退杆的不断被抽出，Ⅱ腔会出现真空三Ⅲ腔由于始终充满液体不会产生真空三
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