АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ литературы в области моделирования выстрела из артиллерийских
установок 5
1.1 Основные подходы к моделированию выстрела из ствольных систем 5
1.2Численный метод Годунова первого порядка точности 9
2 Постановка задачи 14
2.1 Математическая постановка задачи 14
2.2 Результаты численного моделирования задачи Сода 15
3 Численное решение выстрела из пневматической метательной установки 23
3.1 Математическая и физическая постановка задачи 23
3.2 Учет движения равномерной сетки 25
3.3 Результат моделирования пневматической установки в безразмерном виде
26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 33
Баллистика - это часть механики, в которой изучаются законы движения тел под действием приложенных к ним сил. В настоящее время различают внутреннюю баллистику, промежуточную баллистику, внешнюю баллистику и бронебаллистику. В данной работе проводятся исследования в рамках направления внутренней баллистики, что является частью механики, в которой изучаются явления и процессы, происходящие в стволе орудия при выстреле.
Основная задача внутренней баллистики - это поиск путей и методов повышения эффективности выстрела. Явление выстрела представляет собой совокупность сложных физико-химических и механических процессов, протекающих в короткий промежуток времени. Кратковременность процессов и возникающие при выстреле высокие давления и температуры затрудняют их детальное экспериментальное исследование. В связи с этим возрастает роль математического моделирования внутрибаллистических явлений. Для того чтобы прогнозировать результаты выстрела приходится прибегать к моделированию, в котором многими эффектами пренебрегают.
Моделирование газодинамических процессов является актуальной задачей для внутренней баллистики. Моделирование процесса выстрела из ствольной системы позволяет сократить количество проводимых экспериментов и стоимость выполняемых исследовательских работ. А также исследовать процессы, сопровождающие выстрел, которые невозможно рассмотреть непосредственно в эксперименте.
Выпускная квалификационная работа посвящена изучению и расчёту внутрикамерных процессов выстрела из ствольной системы. В качестве математической модели выбрана система уравнений, состоящая из уравнения сохранения массы, импульса и энергии. На данный момент была выбрана общепринятая одномерная газовая модель. Для решения подобной системы уравнений был использован численный метод, который позволяет найти ее решение с требуемой точностью и найти значения непрерывно меняющихся параметров в течение выстрела с определенным шагом по времени. Решение этой задачи с помощью написания соответствующего кода, с практической точки зрения, могут быть полезными для определения газодинамической картины выстрела с течением времени.
Объектом исследования являются пневматические ствольные системы.
Предметом исследования является газодинамические внутрикамерные процессы, происходящие в пневматической метательной установке.
Цель данной работы: создание программы расчета на языке C#, способной к численному моделированию внутрикамерных процессов пневматической ствольной системы.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
Изучить основные подходы к моделированию внутрикамерных процессов выстрела из ствольных метательных систем.
Реализовать на языке программирования С# численную схему Годунова первого порядка точности по времени и пространству и верифицировать полученный код на точном решении задачи Сода и ее модификациях на неподвижной сетке.
Написать программу на языке программирования C#, способную моделировать выстрел из пневматической установки с применением подвижной равномерной сетки в безразмерном виде. Продемонстрировать ее работу на примере модельной баллистической установки.
В рамках выпускной квалификационной работы был проведён анализ литературы в области моделирования внутрикамерных процессов в баллистических ствольных системах, в рамках которого были изучены основные подходы и математические модели выстрела, а также определены условия, применимость, достоинства и недостатки каждой из них.
Показано, что термодинамических подход не способен обеспечить моделирование высокоскоростных систем с большим относительным весом метательного заряда, что привело к появлению газодинамических подходов. Для реализации численного подхода рассмотрен численный метод Годунова для решения задач газовой динамики.
В результате проведенного газодинамического анализа и сравнения точного и численного решений задачи распада произвольного разрыва выполнена верификация реализованного метода Годунова.
Реализована программа на языке C#, позволяющая моделировать выстрел из пневматической установки в одномерной постановке и безразмерном виде. Выполнены расчет выстрела из пневматической модельной баллистической установки в безразмерном виде и газодинамический анализ его картины.
