(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