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(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111542193.X (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 西北工业大 学太仓长三角研究院 地址 215400 江苏省苏州市太 仓市科教新 城子冈路27号 申请人 北京宇航系统工程研究所 (72)发明人 王一凡 刘虎 陈福振 严红  (74)专利代理 机构 北京方圆嘉 禾知识产权代理 有限公司 1 1385 代理人 程华 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种二级轻气炮内流场性能预测方法及系 统 (57)摘要 本发明公开了一种二级轻气炮内流场性能 预测方法及系统。 该方法包括: 建立二级轻气炮 装置的几何模 型; 基于几何模型的边界条件建立 描述弹丸发射过程中的物理模型; 物理模型包括 流场的流体力学模型、 固场的固体力学物理模型 以及流场与固场之间的耦合模型; 采用有限体积 方法对流体力学模型进行离散求解, 得到流场的 密度、 温度和速度; 采用有限元方法对固体力学 物理模型离散求解, 得到固场的形变、 位移和速 度; 采用有限体积法或有限元方法对耦合模型进 行求解, 得到流场的密度、 温度和速度以及固场 的形变、 位移和速度。 本发明对于流场的计算采 用了高阶格式, 可高精度捕捉到气体的可压缩效 应, 固场计算采用了混合增强有限元方法, 提高 了计算的稳定性。 权利要求书2页 说明书11页 附图8页 CN 114218833 A 2022.03.22 CN 114218833 A 1.一种二级轻气炮内流场性能预测方法, 其特 征在于, 包括: 建立二级轻气炮装置的几何模型; 基于几何模型的边界条件建立描述弹丸发射过程中的物 理模型; 所述物理模型包括流 场的流体力学模型、 固场的固体力学物理模型以及流场与固场之间的耦合模型; 采用有限体积方法对所述 流体力学模型进行离 散求解, 得到流场的密度、 温度和速度; 采用有限元 方法对所述固体力学物理模型离 散求解, 得到固场的形变、 位移和速度; 采用有限体积法或有限元方法对所述耦合模型进行求解, 得到流场的密度、 温度和速 度以及固场的形变、 位移和速度。 2.根据权利要求1所述的二级轻气炮 内流场性能预测方法, 其特征在于, 所述流体力学 模型包括: 流体运动的N ‑S方程、 湍流模型、 固体推进剂燃烧模型、 含能气体化学反应模型、 描述反应物与产 物混合流动的组分输运模型、 气体可压缩状态方程以及流场内的热传导模 型。 3.根据权利要求1所述的二级轻气炮 内流场性能预测方法, 其特征在于, 所述固体力学 物理模型包括: 固体的变形运动方程、 描述界面演变的ALE连续介质力学模型、 固体结构本 构模型、 加载体 ‑壁面摩擦模型以及固体结构内的热传导模型。 4.根据权利要求1所述的二级轻气炮 内流场性能预测方法, 其特征在于, 所述流场与固 场之间的耦合模型包括耦合作用力传递模型、 耦合传热模型、 流场与固场的耦合边界条件 以及流场、 固场各自的边界力施加模型。 5.根据权利要求4所述的二级轻气炮 内流场性能预测方法, 其特征在于, 所述采用有限 体积法或有限元方法对所述耦合模型进行求解, 得到流场的密度、 温度和速度以及固场的 形变、 位移和速度, 具体包括: 在流场施加给固场边界条件的基础上, 采用有限元方法对所述耦合模型进行求解, 得 到固场在流场载荷作用下的形变、 位移和速度; 在固场施加给流场边界条件的基础上, 采用有限体积方法对所述耦合模型进行求解, 得到流场在固场载荷作用下的密度、 温度和速度。 6.一种二级轻气炮内流场性能预测系统, 其特 征在于, 包括: 几何模型建立模块, 用于建立 二级轻气炮装置的几何模型; 物理模型建立模块, 用于基于几何模型的边界条件建立描述弹丸发射过程中的物理模 型; 所述物理模型包括流场的流体力学模型、 固场的固体力学物理模型以及流场与固场之 间的耦合模型; 第一求解模块, 用于采用有限体积方法对所述流体力学模型进行离散求解, 得到流场 的密度、 温度和速度; 第二求解模块, 用于采用有限元方法对所述固体力学物理模型离散求解, 得到固场的 形变、 位移和速度; 第三求解模块, 用于采用有限体积法或有限元方法对所述耦合模型进行求解, 得到流 场的密度、 温度和速度以及固场的形变、 位移和速度。 7.根据权利要求6所述的二级轻气炮 内流场性能预测系统, 其特征在于, 所述第 三求解 模块具体包括: 第一求解单元, 用于在流场施加给固场边界条件的基础上, 采用有限元方法对所述耦权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 114218833 A 2合模型进行求 解, 得到固场在流场载荷作用下的形变、 位移和速度; 第二求解单元, 用于在固场施加给流场边界条件的基础上, 采用有限体积方法对所述 耦合模型进行求 解, 得到流场在固场载荷作用下的密度、 温度和速度。权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 114218833 A 3

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