作者；郑晓敏
在实际仿真过程中，针对各种复杂流体的流动与物理现象，可以采取不同的离散格式和计算方法，以便能很好地模拟复杂的流动问题，得到精确的计算结果。Fluent作为一种重要的研究手段，对武器的优化设计具有重要的作用，可以使武器结构更加合理。Fluent流体仿真的基本步骤是：确定计算域的二维或者三维几何形状并划分网格；将网格文件导入到Fluent软件，检查网格质量，选择计算求解模型与方程，确定流体的材料特性以及边界类型与边界条件；模拟计算与控制参数以及计算与结果的后处理。本文针对某榴弹发射器液压缓冲器随自动机后坐时的内部流场问题，在仿真过程中采用二维非定常涡流模型对其进行仿真分析。
1液压反冲器结构与液压阻力的计算
该榴弹发射器采用自由枪机式，后坐时液压缓冲器随自动机一起后坐。后坐开始阶段，榴弹发射器发射机上的缓冲簧吸收后坐能量；当液压缓冲器以一定的速度撞击固定的发射机尾端胶垫时，开始产生液压阻力，迅速降低自动机的后坐速度，吸收多余的后坐能量，减小后坐对武器的振动。
液压缓冲器主要由前端、液压缸、活塞、活塞杆、液压缓冲簧以及活塞杆后端等组成，见图1。液压缓冲器工作原理是：当其随自动机后坐时，由于后端开始撞击发射机尾端，活塞固定不动，液压缸以一定的速度向后运动，迫使前腔的流体通过流液孔流向后腔，由于流液孔面积与活塞面积相比小得多，使得液体的流动受到一定的节制，产生液压阻力，阻止自动机的后坐。
后坐时缓冲器的液压阻力Fo (N)为：
其中：A。为液压缸工作面积，m2；p为液体密度，kg/m3；d．，为流液孔面积，m2；K为液体阻力系数；v为自动机后坐速度，m/s。
2流体仿真模拟
2.1 动网格计算域的建立
在使用Fluent动网格进行流体仿真时，需要将边界的运动定义在确定的区域网格上。一般动网格中包含有运动边界与变形边界，运动边界一般可以组合在一起，而变形边界必须分开并单独指定其变形的形式和方向。不同区域之间的网格不一定是正则的，可在模型设置中用滑动界面功能将各区域连接起来，针对液压缓冲器流体工作区域的实际情况，本文计算域如图2所示。
2.2动网格运动边界条件的定义
动网格模型中边界的运动形式主要通过边界函数预先确定或者是由计算得出下一步的运动状态。Fluent提供DUF函数或者调用profile来定义边界的运动形式，从而实现真正意义上的网格运动。在使用profile定义运动边界时，其运动形式一般定义成速度与时间的函数。通过一系列离散的速度与时间的对应关系，Fluent可以自动地耦合成连续函数，离散的点越多，越符合运动边界的真实运动状态，计算精度越高。本问题中计算域的运动边界为活塞，拟采用profile定义边界速度与时间的关系，从而确定其运动状态，内容如下：
2.3 动网格更新方法
由于边界的运动使得计算域的形状不断地改变，网格必须相应地动态变化。Fluent中实现网格的变化主要有3种模型：①弹簧近似光滑模型( spring-based smoothing)，该方法利用弹簧原理实现网格重构，主要设置参数有弹簧弹性系数和边界点松弛因子，一般取O与1之间的合适值；②动态分层模型(dynamic layering)，主要是通过边界附近网格增加或者减小实现网格变化，设置参数有常值高度和常值比例；③局部重划模型(local remeshing)，主要是针对计算域的变化情况，当达到网格重构条件时进行计算域局部网格的重新划分，设置参数有最大畸变率、最大网格体积、最小网格体积等，一般参照本软件提供的参考数据进行设置。为确保动网格更新的质量，针对网格划分情况可以使用两种或两种以上的网格更新模型，本问题在gambit前处理中划分的网格为三角形非结构网格，故本文拟采用弹簧近似光滑模型和局部重划模型。
2.4计算方法与模型的选择
Fluent提供了3种计算方法：密度基隐式求解、密度基显示求解和压力基隐式求解。低速不可压缩流动的求解一般采用压力基方法，设置有压力基求解器；高速可压缩流动问题的求解主要采用密度基方法，设置有密度基求解器。针对本例的实际情况选用PressureBaseg的方法。针对流体的物理特性和流体流动规律，Fluent提供了Inviscid无粘模型、Spalart- Allmaras单方程湍流模型、K-epsilon双方程模型、Laminar层流模型、K-omega双方程模型以及雷诺应力模型等，本文采用K-epsilon双方程模型。
2.5仿真结果与后处理
为得到不同时刻液压缸内流体的运动规律和液压阻力，可以在仿真过程中对目标区进行监控，在后处理中可以通过设置得到任意时刻所需要的结果。采用Fluent的后处理功能可以得到某时刻流场内部的压强分布云图（见图3）和速度矢量云图（见图4），通过压强的变化规律还可以得到缓冲器的液压阻力拟合曲线（见图5）。
2.6 流体仿真与理论计算结果对比分析
以液压缓冲器随自动机后坐撞击发射机橡胶垫时为起点，通过液压阻力公式计算得出液压阻力是逐步减小的（见图6），而仿真结果也遵循这一规律(见图7)。将液压缸工作面压强仿真结果与理论计算结果进行对比，如表1所示。
通过对比可以看出，理论计算与仿真结果相近。由于Fluent采用网格技术，其计算精度较高，仿真结果更加接近液压阻力的真实值，同时可以进一步修正液压阻力理论计算结果，证明利用Fluent对该问题的模拟是可行的。
3结论
本文以某榴弹发射器液压缓冲器为研究对象，利用Fluent软件对液压缓冲器内部流场进行了数值模拟分析，得到了其后坐时缓冲器内部流体的液压阻力和速度矢量的分布规律。对理论计算结果与模拟结果进行了对比分析，证明了利用Fluent在武器流体仿真分析时的精确性和先进性，为下一步该武器自动机的优化设计提供了一种技术途径。
4摘要：某榴弹发射器采用小型液压缓冲器并安装在自动机上随其一起后坐。利用Fluent动网格技术模拟液压缓冲器随自动机后坐时的内部流体流动规律，研究其液压阻力特性。将液压阻力的模拟结果与理论计算对比分析，得出利用Fluent软件在武器流体仿真分析上的可行性与必要性。
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