子母弹气动分离模拟
往期回顾：
感谢北京航空航天大学
阎超教授为本案例提供支撑
Part.
1
案例背景介绍：
集束弹药俗称子母弹，子母弹组合体外形比较复杂，导致子母弹的干扰流场极其复杂，子弹在母弹干扰流场中飞行时所受到的气动力也非常复杂。
“此案例复杂，市面上的软件处理过程复杂且计算周期过长，并且由于分离过程中网格快速变化，使计算容易发散、中断导致计算失败,因此想试试用PiFlow模拟子母弹分离过程，看看号称低成本CFD剑客的PiFlow在处理这类案例的便捷性和稳定性如何。”
Part.
2
本期我们将以子母弹气动分离为主题，PiFlow完成流场解算，XField完成流场解算数据后处理。
在子母弹分离模拟过程中，PiFlow可实现全自动网格快速生成，求解过程高度自动化；在后处理过程中，XField可实现仿真数据快速可视化，将复杂的流场数据结果转化为生动而详尽的图片和动画，能够准确地绘制出流场中的各个物理量的分布情况，包括速度、压力、马赫数等，这些视觉化的结果将帮助我们更清晰地理解子母弹分离期间的流动行为和相互作用。
Part.
3
子母弹气动干扰模拟：PiFlowV2.6
PiFlow软件分析流动干扰现象。PiFlow几何批处理功能上线，应用更为便捷。
计算条件：
马赫数3，高度5km，攻角为零；Z方向分别取位置0.716m，1.216m，1.716m进行流场解算;X方向分别取2.49788m，2.99788m，3.49788m进行流场解算。分析子弹法向运动和轴向运动的气流变化。
计算结果：对称面等压力线图如下所示。
Z=0.716m
Z=1.216m
Z=1.716m
X=2.49788m
X=2.99788m
X=3.49788m
结论：
1）子弹头部激波和尾部的膨胀波均对母弹产生较大的影响，激波打到母弹上，使得母弹弹体上的流线呈现明显的不对称。
2）子弹法向位置的变化可看子弹激波位置下移到位置Z=1.716子母弹激波相交；子弹轴向位置的变化可看到位置X=2.49788子母弹激波相交。
Part.
4
子母弹分离过程数值模拟：PiFlowV2.6
PiFlow 软件模拟目标——自动、快速、稳定
几何处理：
子母弹外形复杂经简化母弹周向布置4个子弹（90度周向旋转）。
子母弹三维模型
超音速子母弹分离，由于子弹、母弹之间的激波干扰，使气动力变化尤为复杂，本次计算子弹初始时刻由火工品炸开距离母弹一段距离。
经过处理的三维模型
计算条件：
表1 计算参数表格
计算结果：
初始时刻对称面和横截面的等马赫图，高速气流在子弹头部形成激波，气流经过头部压缩后进而膨胀，由于子弹离母弹较近，气流在经过弹仓前台阶处膨胀后经弹仓壁面压缩，形成过膨胀压缩，并与子弹头部的激波相互作用。气流在弹仓底部拐角区域形成涡结构，可见子弹对母弹的流场结构产生严重干扰。
0ms 时刻对称面等马赫图
0ms时刻横截面等马赫图
总结：由前文后处理视频展示的子母弹分离轨迹看出，随着子弹远离弹体，弹仓处逐渐发展为分离区，弹仓内部速度很低，子弹激波对母弹弹身的干扰逐渐下移，气流经过母弹头部后充分膨胀，在子弹与母弹之间形成高速区，并延伸至母弹下游，子弹内部激波对该高速区有一定干扰。
结论
PiFlow软件
经过使用PiFlow软件对子母弹分离模拟测试得到如下结论：
1. PiFlow轨迹分离计算模块简单易用，全程无需考虑网格生成问题，上手极快；整个过程用户只需要确定计算状态设置，其他的都交给软件，简单易用。
2. 软件真正展示了低成本计算的威力，从初始状态开始计算了10个时间步（0.009秒），在一台个人电脑上40分钟即完成了全部计算，基本做到了快速设计迭代，一小时给出分析结果的技术要求。
3. 计算轨迹基本合理，由于采用无粘计算，在子弹分离启动后1～2个时间步存在一定偏差（此时弹射力主导，气动影响为小量），随后的轨迹和流场状态符合物理规律，与商业软件进行的精细计算对比规律一致。
最后，PiFlow软件在稳健发展，更加美好的未来需要我们共同创造。离目标愈近,精神应愈勇,奋斗应愈勇。
