【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于火炮发射时身管武器烧蚀分析，涉及到火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法。
技术介绍
1、身管的内膛烧蚀磨损是制约火炮寿命和决定火炮战斗作用能力的重要因素，并且长期以来，因烧蚀导致的身管寿命较短问题，已成为制约火炮综合性能提升的短板瓶颈，由此凸显了降低火炮身管烧蚀分析的重要性。
2、当前主要通过在发射药中添加少量电离种子，使火药燃气具有一定电导率并具备气态磁流体特征，形成火药燃气磁流体，同时，通过在身管内施加特定构型的磁场，从而达到抑制燃气向身管壁面传热和降低身管烧蚀的效果。
3、针对上述方案，还存在以下问题：1、火炮发射瞬间产生上述传热抑制效应的机理和规律是模糊的，尚不存在具体数据，使得具体实施过程中还存在很多困难点。
4、2、传热抑制效应的机理和规律不清晰无法为磁场源的设计以及发射药中电离种子的添加提供优化方向和相关指导。
技术实现思路
1、鉴于此，为解决上述
技术介绍
中所提出的问题，现提出火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术提供火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，该方法包括：s1、构建火炮身管物理模型，包括：s11、对火炮发射时的内弹道过程进行合理简化，并做出假设。
3、s12、基于所述假设构建施加磁场条件下火炮身管物理模型。
4、s2、火炮发射时多物理过程耦合建模：基于所构建的物理模型针对火炮发射
5、s3、多模型协同求解方法设计。
6、s4、分析无磁场时身管内壁面传热参数。
7、s5、分析磁场调控下身管内壁面传热参数。
8、于本专利技术一优选实施例，所述火炮身管物理模型中火炮的身管内直径为din、身管外直径为dout、身管全长为lp，身管内燃气与其内壁间进行强制对流换热，热量在火炮的身管壁内以热传导的方式进行传递，火炮的身管外壁与外部空气间进行自然对流换热及辐射换热，加磁区域的起始位置为坡膛后侧，加磁区域的长度为
9、于本专利技术一优选实施例，所述各物理过程分别为内弹道动力学过程、火药燃气的热电离过程、磁场与燃气磁流体间的耦合作用过程以及身管壁面处的对流换热过程。
10、于本专利技术一优选实施例，所述s2步骤包括：s21、针对火炮发射时的内弹道动力学过程，进行内弹道动力学过程建模。
11、s22、针对火炮发射时的火药燃气的热电离过程，进行火药燃气的热电离过程建模。
12、s23、针对火炮发射时的磁场与燃气磁流体间的耦合作用过程，进行磁场与火药燃气磁流体的耦合作用过程建模。
13、s24、针对火炮发射时的身管壁面处的对流换热过程，进行身管内壁面传热过程建模。
14、于本专利技术一优选实施例，所述进行磁场与火药燃气磁流体的耦合作用过程建模具体包括：基于通电电磁铁和螺线管产生的磁场利用求解静磁场b,其中，静磁场b的麦克斯韦方程组可以表示为：
15、式中，为哈密顿算子,j0为自由电流密度，h为磁场强度；a为磁矢势，μ0为真空磁导率。
16、基于静磁场理论，对电磁铁和螺线管产生磁场的空间分布进行数值求解。
17、调节电磁铁和螺线管线圈的通电电流，得到最大磁感应强度时对应的磁感应强度分布。
18、设置各磁场强度，并据此求解磁场方向和磁感应强度对火药燃气磁流体流动和传热特性的影响。
19、根据气态磁流体数值模拟方法进行身管内磁场和流场的耦合求解，由此得到进行磁场与火药燃气磁流体的耦合作用过程模型。
20、于本专利技术一优选实施例，所述进行身管内壁面传热过程建模，具体包括：s241、设定边界条件，其中边界条件包括：t|t＝0＝t∞＝298.15。
21、
22、
23、式中，t为身管的温度，t∞为外部环境的温度，lb为弹丸在身管内的位置，hw-in为火药燃气磁流体与身管内壁面间的对流换热系数，hin为弹后空间燃气与壁面间的对流换热系数，tg-b为弹后空间燃气的截面平均温度，tgas为身管内气体的截面平均温度，t表示时间，z为沿身管轴向的坐标分量。
24、s242、进行身管内壁面处的传热过程建模，身管内壁面处的传热过程模型表示为：
25、
26、式中，tw-in为身管内壁面的温度，λp为身管材料的热导率，r为沿身管内壁径向的坐标分量。
27、s243、进行身管外壁面处的传热过程建模，身管外壁面处的传热过程模型表示为：
28、
29、式中，hw-out为身管外壁面与外部环境间的对流换热系数，tw-out为身管外壁面的温度,εw为身管外表面的黑度，εw＝0.85，c0为常数，r′为沿身管外壁径向的坐标分量。
30、于本专利技术一优选实施例，所述s3中多模型协同求解方法设计具体包括：s31、设计各数学模型的求解流程，依托各数值算法进行各数学模型求解。
31、s32、设计各数学模型间的数据接口，在每个时间步长内或者各时间步长间隔中进行各数学模型参数间的实时交互。
32、s33、通过时间步的迭代完成各物理过程的耦合求解。
33、于本专利技术一优选实施例，所述分析无磁场时身管内壁面传热参数用于分析无磁场条件下身管内流动及身管内壁面处的传热特性，其具体包括：s41、分析身管内壁面位置处的温度随时间和空间的变化特性，所述温度随时间和空间的变化特性包括：a1、轴向不同位置处身管内壁面温度在弹丸经过后的较短时间内达到峰值。
34、a2、当温度达到峰值后，随着身管内弹道时间的增加，身管内壁温度逐渐降低。
35、a3、同一内弹道时刻，身管壁面温度沿身管轴向逐渐降低。
36、s42、分析身管内壁面的对流换热系数随时间和空间的变化特性，所述对流换热系数随时间和空间的变化特性包括：h1、轴向不同位置身管内壁面的对流换热系数瞬间达到最大值。
37、h2、传热强度随内弹道时间的增加而降低。
38、h3、同一时刻，身管内壁面的对流换热系数随轴向位置的增加而增大。
39、于本专利技术一优选实施例，所述分析磁场调控下身管内壁面传热参数包括分析横向磁场调控下身管内壁面的传热参数和轴向磁场调控下身管内壁面的传热参数。
40、其中，分析横向磁场调控下身管内壁面的传热参数用于分析施加横向磁场下，不同时刻身管内壁面处温度沿轴向位置的变化特性。
41、分析轴向磁场调控下身管内壁面的传热参数用于分析施加轴向磁场下，不同时刻身管内壁面处温度沿轴向位置的变化特性。
42、于本专利技术一优选实施例，所述施加横向磁场下，不同时刻身管内壁面处温度沿轴向位置的变化特性包括：e1、横向磁场作用下，身管内壁面处的温度同样呈现各向异性分布。
43、e2、身管内的传热抑制存本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：该方法包括：
2.根据权利要求1所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述火炮身管物理模型中火炮的身管内直径为Din、身管外直径为Dout、身管全长为Lp，身管内燃气与其内壁间进行强制对流换热，热量在火炮的身管壁内以热传导的方式进行传递，火炮的身管外壁与外部空气间进行自然对流换热及辐射换热，加磁区域的起始位置为坡膛后侧，加磁区域的长度为
3.根据权利要求2所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述各物理过程分别为内弹道动力学过程、火药燃气的热电离过程、磁场与燃气磁流体间的耦合作用过程以及身管壁面处的对流换热过程。
4.根据权利要求3所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述S2步骤包括：
5.根据权利要求4所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述进行磁场与火药燃气磁流体的耦合作用过程建模具体包括：
6.根据权利要求4所述的火炮发射时多物
7.根据权利要求1所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述S3中多模型协同求解方法设计具体包括：
8.根据权利要求7所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述分析无磁场时身管内壁面传热参数用于分析无磁场条件下身管内流动及身管内壁面处的传热特性，其具体包括：
9.根据权利要求1所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述分析磁场调控下身管内壁面传热参数包括分析横向磁场调控下身管内壁面的传热参数和轴向磁场调控下身管内壁面的传热参数；其中，
10.根据权利要求9所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述施加横向磁场下，不同时刻身管内壁面处温度沿轴向位置的变化特性包括：
...【技术特征摘要】
1.火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：该方法包括：
2.根据权利要求1所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述火炮身管物理模型中火炮的身管内直径为din、身管外直径为dout、身管全长为lp，身管内燃气与其内壁间进行强制对流换热，热量在火炮的身管壁内以热传导的方式进行传递，火炮的身管外壁与外部空气间进行自然对流换热及辐射换热，加磁区域的起始位置为坡膛后侧，加磁区域的长度为
3.根据权利要求2所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述各物理过程分别为内弹道动力学过程、火药燃气的热电离过程、磁场与燃气磁流体间的耦合作用过程以及身管壁面处的对流换热过程。
4.根据权利要求3所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述s2步骤包括：
5.根据权利要求4所述的火炮发射时多物理过程耦合建模及多模型协同求解方法，其特征在于：所述进行磁场与火药燃气磁流...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵其进，白向华，毛保全，魏曙光，徐振辉，周珣，吴东亚，李华，韩小平，陈春林，王之千，朱锐，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：
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