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由外弹道学理论可知炮弹的空气阻力 也就是射流

御匾会 | 发布时2019-07-26 23:03 | 文字大小:【】【】【】 | 浏览量:

【本文关键词】御匾会,弹道切线

文/御匾会

  由外弹道学理论可知炮弹的空气阻力 也就是射流所受空气阻力 2628 和摩阻两个部分组成 。空气阻力表达式为 FAxk223 Ax横截面面积系数 空气密度kg 在流体流场中如果存在这样的曲线 曲线上流体的速度方向与该曲线切线 的方向一样 则该曲线称为流线。假设一条闭合的曲线 该曲线内任意一点所在 的流

  由外弹道学理论可知炮弹的空气阻力 也就是射流所受空气阻力 2628 和摩阻两个部分组成 。空气阻力表达式为 FAxk223 Ax横截面面积系数 空气密度kg 在流体流场中如果存在这样的曲线 曲线上流体的速度方向与该曲线切线 的方向一样 则该曲线称为流线。假设一条闭合的曲线 该曲线内任意一点所在 的流线构成一个管子 称为流管。可以把流管当做真实的管子 将该部分流体与 外界隔离。流线与流管示意图如图 涡流形成示意图12 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 涡流形成示意图如图 所示在射流边界层中空气从 流动中流管 横断断面 变小。由连续方程知Sv为定值 得知空气流速会变大。由伯努利方 hp为定值得知压力会变小。在射流边界层内空气从 变大所以压力必然也变大。所以消防炮射流在 阻碍作用。射流横截面变化的快流管断面 增加的就越快压力增加也快 以空气受到的阻碍作用也就越大。如果阻碍影响足够大流体就会停止运动。然 由于作用力的存在空气会沿与原来相反的方向继续流动 如图中 BC线所示。 在正向流动和逆向流动的交界面 空气静止。存在逆向流动时 边界层会与射流 表面分离 产生涡流。在涡流区 因为边界层的分离作用 所以会产生低压区。 这样的由于边界层的剥离和涡流而产生压力差所形成的阻碍力 称为涡阻。 因为空气具有粘性所以射流要受到摩阻作用。粘性其实就是在流体之间的 相邻部分阻碍其相互运动的作用。简言之 流动的相邻流体有互相减弱流动的作 用。流体之所以有这样的特征 由于分子热运动的存在 即分子之间的无规律的 运动。如果紧邻的空气层的分子运动不同 由于热运动现象的存在 运动快的分 子会运动到运动慢的空气分子中 同样运动慢的空气分子会进入到运动快的空气 分子中。这样相互运动的结果是 运动快的分子会减速 运动慢的分子的运动会 这样就减小了快慢分子运动的速度差 使他们的速度趋于平均 这种运动现象就 是粘性。 射流从消防炮炮头喷射出去后 被空气包围。射流的表面有空气层流动。空 气开始是静止的 而射流具有一定的速度 由前面分析知由于粘性的作用 空气相邻的空气层也被带动但被带动的空气层速度同样小于该层空气。依次类 在离射流一定距离的地方一定存在静止的空气层这些空气保持静止状态。 我们称紧邻射流的空气层为边界层。由于该空气层有阻碍射流运动的特点 流动能减少速度降低 这样的阻力就是摩阻。 当射流按一定速度喷向大气时 空气静止 射流与边界层速度变化示意图如 6所示。紧邻射流的空气速度与射流的速度相同均为 向外空气运动逐渐减弱。 边界层的流动因环境的不同有很大差异。如果边界层内空气平行运动 基本 没有相互混合的 则叫作层流边界层。层流边界层内空气有很小的涡流运动。而 有的边界层内有很强的涡流运动 层与层之间运动激烈 这样的边界层称为湍流 边界层。层流边界层内流体流动的参数基本不变 称这样的流动为定常流。而湍 13 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 流边界层内流动参数变化较大 为非定常流。所以一般说湍流边界层内的运动参 常指其平均值。而对于消防炮射流运动情况比较复杂 其表面区域一般为 湍流边界层。 射程影响因素分析消防炮是常见的灭火设备 其昀大射程的大小决定着 灭火半径 提高射程具 29 31 有重要意义。下面就对影响射程的一些因素展开分析 管道对于一定流量的消防炮 总有一个比较合适的管道 过大或过小的管道都会 使射流在喷嘴喷射前产生较大的能量损失 严重影响消防炮射程的大小。但是 研究设计人员一般将喷嘴作为消防炮设计制造的重点 因此就不太重视消防炮管 道的研究。实际上消防炮管道同样与消防炮性能的好坏有很大的关系。在这一方 面的研究中 国内的研发水平与欧美发达国家比较有很大的距离 尤其是对于大 流量的消防炮 这方面技术进步更加缓慢 除了离心泵的设计制造水平较低外 消防炮管道技术发展滞后也是一个关键因素。 为了灵活方便灭火 消防炮需要具有水平旋转和俯仰旋转两个功能。为了实 现这两个功能 消防炮管道需要有两个弯曲的部分 如图 了提高消防炮的性能消防炮管道需要满足两个方面要求 一方面要尽可能地降 低消防炮管道的压力损失 另一方面要尽可能使流场稳定 减少涡流。 消防炮管道14 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 当消防炮工作时 流体流过消防炮管道 会有比较大的紊动出现 会在轴向 和径向出现涡流 尤其是位于管道弯曲处 由于流速变向 会产生较大的离心力 这使流场情况更加复杂 一般会有涡流的出现。流场的不稳定使射流轴向速度矢 量比变小 同时涡流的出现会产生较大的能量损失。为了改善流场 一般需要在 管道中增加导流片 以减少涡流 提高流体轴向速度矢量比 稳定流场。轴向速 度矢量比是射流在轴线方向的速度和射流速度的比。一般来说 同等条件下轴向 速度矢量比越大 消防炮射流射程也就越大。 评定一个消防炮管道的好坏 射流能量损失是一个重要指标。但是在实际生 产中 很多企业都不考虑能量损失。流道能量损失是指从消防炮法兰入口处至喷 嘴之间的这一部分流体的能量损失 这部分损失包含局部损失与沿程损失 防炮流道的弯曲处能量损失大些先进的设计制造往往可以降低局部损失与沿程 损失。 流量对于流量较小的消防炮 消防炮压力不改变 增加喷嘴喷射流量 在不改变 其它条件的情况下需要加大喷嘴出口大小 流量增加可以使射流以充实水柱喷射 形式运动的距离显著增加 从而使射程加大。大量资料证明 如果消防炮的额定 流量大于 60L 简单的加大喷射流量不能有效增加消防炮的射程具体来说 通常情况反而会减小射程。所以说 大流量的消防炮射程的增加需要采取增加法 兰入口压力 提高管道的研发水平与改善管道流场等措施 而不是简单的加大流 量。减小管道内能量损失和通过改善流场提高射流的轴向速度矢量比是提高射程 的有效方式。 压力消防炮在大气环境中喷射射流 理论上只有射流具有较高的喷射速度 才能 够有较大的射程。如果其它条件不变 提高法兰入口的压力 可以增加射流喷射 的速度 理论上可以加大射程。但是流量确定的消防炮 法兰压力不能无限增大 总有一个度 当压力增加到一定程度时 射程的变化就基本不变。当喷嘴的出流 口一定时 以充实圆柱形式流动的射流与射流喷射的速度大小正相关。一般来说 消防炮的法兰入口压力是可以改变的 但是压力的大小由离心泵决定。假如两个 消防炮的除了压力外各个指标基本相同 这表明设计压力低的消防炮的压力损失 所以其设计制造工艺就更加先进。在此 首先说明一下总静压差的概念 总静压差由摩擦压力损失和速度压力 损失两部分组成。速度压力损失是由于管道横断面改变而带来的流体流速的改变 而产生的。而摩擦压力损失是由于消防炮流体在管道中流动时 由于侧壁影响与 15 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 阻力而产生。消防技术研究中 总静压差经常与摩擦损失相混淆。实际上 两个 概念的混淆会给研发制造产品时带来很大问题。当评价消防炮产品好坏时 应当 使用总静压差这个指标。 当测试消防炮时 需要用到消防炮的额定压力这个指标。压力分为动压、表 压和总压。总压是由动压和表压组成。但是 我们评价消防炮的压力参数时 能两个消防炮的管道内径不同小管道流体流速大 表压就小些 大管道表压相 对大些。假如两个消防炮的流量一样 应该采用总压作为评定消防炮好坏的参数。 喷嘴射流压力的大小是影响消防射程的重要原因。通常情况下 消防炮射流 喷射压力越高 射程也就越远。 本章小结本章首先分析了消防炮射流的基本特征 指出射流主要由主体段与初始段两 部分组成。然后对消防炮射流理论分析 根据计算流体力学知识得到射流时均动 量方程和时均动能积分方程 并对射流的卷吸现象分析。随后进行了消防炮射流 的运动分析 主要分析了射流所受空气阻力和影响消防炮射程的一些因素。其中 射流所受空气阻力主要参考了弹道力学中的亚音速炮弹运动情况 射程的分析参 考了大量文献 分析出影响射程的主要因素 这些分析研究为后续内容奠定了理 论基础。 16 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 逆向工程与CATIA逆向工程以点云数据的处理为重要内容 点云是逆向造型的基础。逆向工程 包含的内容非常丰富 它涉及到计算机绘图、工程图学、几何学、概率论等方面 知识 交叉性很强 属于 CAD中非常有效的一个分支。特别是近些年来 计算机、 测量技术与控制理论越发成熟 逆向工程也有了飞跃式发展 它的内容更加广泛 应用的范围也发生了天翻地覆的变化 现在逆向设计已经成为制造业领域中非常 重要的部分。 逆向工程是一种综合技术 它是在对原有产品的基础上 充分利用原产品中 用到的制造技术与理念。一般它以产品或其它可利用的文件等作为参考 充分利 用各个学科的技术和方法 在保证质量性能的前提下 缩短开发周期 生产出性 32 能更好的产品 逆向设计流程图如图 逆向设计流程图CATIA 是由法国达索开发设计的一款集中 CAD CAE CAM PLM 功能的三维 软件 在全球范围有着极其广泛的应用。近年来 已经对科学技术的发展和进步 起了很大的推进作用。CATIA 现在已经是制造业内产品设计研发的主流软件 全球工业领域CATIA V5 被当作公认的标准 本课题的消防炮建模采用 CATIA 建模。 消防炮反求及建模设计制造某一产品时 当有成型的产品时 如果采用逆向工程设计改进该产 可以通过测量点云、确定建模方式、点云预处理、点云分块、模型特征提取、三维建模、模型改进及设计制造等步骤进行。逆向设计制造流程图如图 2所示。17 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 点云采集点云采集是逆向设计制造的重要步骤 点云数据的采集一般包括非接触式和 接触式。接触式点云采集是利用产品和传感器探头相接触测量实物表面点云信息 而非接触式一般要利用电磁学、声学、光信息科学与技术等学科的理论知识 用合适的理论方法得到原型的点云信息。利用不同的采集方式和点云采集软件获得的点云信息结构形式就不一样。根据点云数据的结构形式把点云信息分为成 四种 点云数据在一组相互平行的平面上并在一个平面内 利用线段把一些 紧邻的数据连成多边形的多边形点云。 采集点云的实质为原型用数据表示的过程 而能够实现原型数字化表示

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