基于Fluent的某榴弹发射器液压缓冲器流体仿真分析.pdf

第 1期 总 第 1 9 4期 2 0 1 6年 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENG1 NEE RI NG AUTOMATI ON N o ．1 Fe b． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 6 0 1 0 0 8 6 0 2 基于 F l u e n t 的某榴弹发射器液压缓冲器 流体仿真分析 龙 虎 ，姚养无 ，高建 良 中北 大学 机 电_T - 程 学院，山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 某榴弹发射器采用小 型液压缓冲器 并安装在 自动机 上随其 一起后 坐。利 用 F l u e n t 动 网格 技术模拟 液 压缓冲器随 自动机后坐时的 内部 流体 流动规律 ，研 究其液压 阻力特性 。将液压阻力的模 拟结果与理论 计算对 比分析 ，得 出利用 F l u e n t 软件在武器流体仿真分析上 的可行性与必要性。 关键 词 榴弹发射器；F l u e n t ；液压缓 冲器 ；仿 真 中图分类号 TP 3 9 1 ． 9 T J 4 1 2 ． 3 文献标识码 A 0 引言 F l u e n t 主要用 于流 场 的 数值 模 拟 ， 可 以模 拟 流体 的流动等其他物理现象。在实际仿真过程中， 针对各 种复杂流体的流动与物理现象， 可以采取不同的离散 格式 和计 算方 法 ， 以便 能很 好地 模拟 复杂 的流动 问题 ， 得到精确 的计算 结果。F l u e n t作为一种重要 的研究 手段 ， 对武器的优化设计具有重要的作用 ， 可以使武器 结构更加合理 。F l u e n t 流体仿真的基本步骤是 确定 计算 域 的二维 或者 三 维 几何 形 状 并 划分 网格 ； 将 网格 文件导入到 F l u e n t 软件， 检查网格质量 ， 选择计算求 解模型与方程， 确定流体 的材料特性 以及边界类型与 边界条件 ； 模拟计算与控制参数以及计算与结果 的后 处理 。本 文针对 某榴 弹发射 器液 压缓 冲器 随 自动 机后 坐 时的 内部流 场问题 ， 在 仿 真 过 程 中采 用 二 维 非定 常 涡流模型对其进行仿真分析。 1 液压 反冲器 结构 与液 压 阻力的计 算 该榴弹发射器采用 自由枪机式 ， 后坐时液压缓冲 器 随 自动机一 起后 坐 。后 坐 开 始 阶段 ， 榴 弹发 射 器 发 射机上的缓冲簧吸收后坐能量 ； 当液压缓冲器 以一定 的速度撞 击 固定 的发 射机 尾端 胶 垫 时 ， 开 始产 生 液 压 阻力 ， 迅速降低 自动机的后坐速度 ， 吸收多余的后坐能 量 ， 减 小后 坐对武 器 的振 动 。 液压缓冲器主要 由前端 、 液压缸 、 活塞、 活塞杆 、 液 压缓 冲簧 以及 活 塞 杆 后 端 等 组 成 ， 见 图 1 。液 压 缓 冲 器工 作原 理是 当其 随 自动机后 坐 时 ， 由于后端 开始撞 击发射机尾端 ， 活塞固定不动 ， 液压缸 以一定的速度向 后运 动 ， 迫使前 腔 的流体 通过 流液孔 流 向后腔 ， 由于 流 液孔面积与活塞面积相比小得多 ， 使得液体 的流动受 到一定的节制 ， 产生液压阻力 ， 阻止 自动机的后坐。 后 坐时缓 冲器 的液压 阻力 F 。 N 为 F 。 一 c K 含 其 中 A 为液 压 缸 2 1 2 作 面 积 ， i n ； p为 液 体 密 度 ， k g ／ m。 ； d 。为流液孔面积， m ； K 为液体阻力系数； 7J 为 自 动机后 坐速 度 ， m／ s 。 囝橱 一 宅卜 卜 _ _ 一 8卜 _ 一 y 前 腔 _ ] 霍 Q 厂 气 尾端 图 1 液 压 缓 冲器 结构 与 后 坐 原 理 图 2流体 仿 真模拟 2 ． 1 动 网格计 算域 的建 立 在使用 F l u e n t 动网格进行流体仿真时 ， 需要将边 界 的运动 定义在 确定 的 区域 网格 上 。一般 动网格 中包 含有运动边界与变形边界 ， 运动边界一般可 以组合在 一 起 ， 而 变形边 界必 须 分 开并 单 独 指定 其 变 形 的形 式 和方向。不同区域之间的网格不一定是正则的， 可在 模 型设 置 中用 滑动 界 面功 能 将 各 区域 连 接 起 来 ， 针对 液 压缓 冲器 流体工 作 区域 的实 际 情 况 ， 本 文计 算 域 如 图 2所 示 。 2 ． 2动 网格运动 边界 条件 的 定义 动网格模型中边界的运动形式主要通过边界 函数 预先 确 定 或 者、 是 由 计 算 得 出 下 一 步 的 运 动 状 态 。 F l u e n t 提供 DUF函数 或者 调用 p r o f i l e 来 定 义边 界 的 运动形式 ， 从而实现真正意义上的网格运动。在使用 p r o f i l e 定义 运动 边界 时 ， 其 运 动形 式 一 般定 义 成 速 度 与 时 间的 函数 。通 过一 系列离 散 的速度 与时 间的对 应 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 0 l ；修订 日期 2 0 1 5 1 2 0 3 作者简介 龙虎 1 9 8 8 一 ，男 ，Ng l 资阳人 ，在读硕士研究生 ，研究方向 发 射系统动力学与控制技术。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 O 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 6年 第 1期 在定子槽开 口处 ， 磁密达到最大值 1 ． 8 T， 定子齿平均 磁 密为 1 ． 5 T。空载时 ， 径 向气 隙磁密波形如 图 5 所示 。 由图 5得 出， 气隙磁密波形 顶部并不平整， 有 凹 陷 ， 这 是 由于定 子槽 口处 的磁阻 较大 引起 的缺 陷 ， 有 限 元计算气隙磁密最大值为 0 ． 9 l 1 T。 对气 隙磁密 曲线进行傅里 叶分解 ， 如图 6所示 。 气隙磁密各次谐波幅值如图 7所示 。 、 、 翻 撞 厘 ＼ 黼 褪 遂 厦 一 从 图 6可 以得 出 ， 空 载气 隙磁 密 波形 近似 接 近 正 弦波分 布 ， 对 电机 性能 影 响较 大 的 是 5次 谐 波 和 7次 谐 波 。 由图 7可 以 得 出 ， 5次 谐 波 占基 波 的 比例 为 1 0 ． 2 ， 7次谐 波 占基 波 的 比例 为 4 ． 7 ％ ， 5次 谐 波 对 电机性 能 的影响 主要 是 绕组 带 来 的 ， 可 以 采用 短 距 集 中绕组来消除 ； 采用定子斜槽可以消除各次谐波 的影 响 ， 达到减 小 电机振 动 的 目的 ， 使 电机 运行更 平稳 。 、 。 谐波 谐 l 一 I △ f 、 ＼ I 一厂 h ＼、 一 一 一 ． 隙 磁 密 碍 始 波 形． 距离／ m m 0 ． 墨 o ． 墨 o ． o ． 谐波次数 设计了 一 种8 0 极9 0 槽、 转 速为2 5 r ／ m i n 的 外转子 永 E 2 ]亭 孳 - 现 代 永 磁 电 机 理 论 与 设 if E M ] -IL ,q ． 机 械 工 业 磁 电 毫 戛 式 传 动 。 E 3 3 ≮ 港 口 起 重 机 用 低 速 大 扭 矩 电 机 的 优 化 设 计 ⋯． 孽 思 Y ⋯ S M a． x 。w ⋯e l l 、 ， ， ，亨 ； 美 况 进 行 有 限 元 分 析 ，通过 对电 机 磁通 及磁 力线 分布、 气 E 4 ] 慕 黄 开 胜 ． 基 ‘ 、 v e ll 的 外 转 子 无 刷 直 流 电 动 机 隙磁密波形 的研究 ， 验i i t i T设计的合理性。 分析与设H - E J 3 ． 微特电机， 2 0 1 4 ， 4 2 2 1 8 2 0 ． De s i g n a nd FEA o f Ou t e r Ro t o r Pe r m a n e n t Ma g n e t Mo t o r f o r 0i l P u mp i n g Un i t s 1 ． S c h o ol o f M e c h a n i c a l En g i n e e r ing。Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a nd Te c h n o lo g y，T a i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a ；2 ．S c h o o l o f El e c t r o n ic s a n d I n f o r ma t i o n En g i ne e r i n g，Ta iyu a n Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t Co mbi ni ng wi t h t he wor ki ng c on di t i on of o i l pu mpi ng uni t ，a ki nd of e x t e r n a l r ot or pe r ma ne n t ma gn e t s y nc hr o no us mot or wa s de s i g ne d．The c ha r a c t e r i s t i c s o f t he mot o r wa s l o w s pe e d，l a r ge t or qu e a n d d i r e c t dr i v e，s o l v i ng t he p r obl e m of l o w e f f i c i e nc y o f c o nv e nt i on a l o i l pu mpi ng uni t ．An a l y s i s mod e l wa s e s t a b l i s he d b v ANSYS Max we l l s o f t wa r e，no l oa d c h ar a c t e r i s t i c o f t he mo t or wa s c a l c u l a t e d，t h e e f f e c t o f t h e a i r g a p f l u x d e n s i t y wa v e f o r m wa s a n a l y z e d ，a n d t h e d e s i g n o f t h e mo t o r wa s o p t i mi z e d ． Ke y wo r d se xt e r n a1 r ot o r p e r ma n e nt ma g ne t mo t or ；d e s i gn；f i ni t e e l e me nt c al c ul a t i on；a i r ga p f l ux de n s i t y 上接 第 8 7页 E 3 3 参 考 文献 [ 1 ] 韩 占忠 ， 王敬 ， 兰小平． F L UE N T流体 工程仿 真计算实例 与应用E M] ． 北京 北 京理 工大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 于勇 ， 张俊 明， 姜连 田． F L UE NT入 门与进 阶教程E M2 ． 北 京 北京理工大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] E s ] 高建 彪． 某型 自动榴 弹发射 器 自动机 动力学特性 [ J ] ． 机 械 工 程 与 自动 化 ， 2 0 1 3 4 4 8 5 0 ． 余江洪 ， 肖金生 ， 朱宗 柏． F l u e n t 软件 的多重 网格并 行算 法及 其性 能[ J ] ． 武 汉大学学报 ， 2 0 0 9 1 1 3 3 一 l 3 7 ． 何培杰 ， 陆宏圻 ， 龙新 平． 射流 泵 内部 流动 的二维 大涡模 拟[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 0 3 8 4 8 5 3 ． Fl u e nt b a s e d Fl u i d S i m u l a t i o n Ana l y s i s o f A Gr e na d e La u n c h e r Hy d r a u l i c Bu f f e r LONG Hu，YAO Ya ng - wu，GAO Ji a n - l i a n g S c h o o l 0 {M e c h a t r o n i c En g i ne e r i n g，No r t h Un i v e r s i t y o {Ch i n a， Ta i y u a n 0 3 0 0 5 1，Ch i n a Ab s t r a c t A gr e n a de l a unc he r us e s a s ma l 1 hy dr a ul i c buf f e r ，whi c h i s i ns t al l e d o n t he au t o ma t on． Thi s p ap e r u t i l i z e d t he Fl u e m s o f t wa r e o f dy na mi c gr i d t e c h no l o gy t O s i mu l a t e t he f l ow l a w o f i n t e r n al f l ui d i n hy dr a ul i c buf f e r i n a u t oma t o n r e c oi l i n g。t o s t u dy i t s hy dr a ul i c r e s i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i cs ． The s i mu l a t e d r e s ul t of hy dr au l i c r e s i s t a nc e i S c o m p a r e d wi t h t he t he or e t i c a l c a l c u l a t i o n va l ue． a n d t he f e a s i b i l i t y o f us i ng Fl ue n t s of t wa r e i n we a p ons f l ui d s i m u l a t i on a na l ys i s i s ve r i f i e d ． Ke y wo r d s g r e n a de l a un c he r ；Fl u e nt ；hy dr au l i c bu f f e r；s i mul a t i on 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m