大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究

2024-08-04

大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究（精选2篇）

大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究第1篇

大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究

介绍了大口径机枪双头弹空气阻力系数的2种实验方法和实验结果.采用模型风洞测试和实弹射击的方法获得了大口径机枪双头弹弹头飞行的空气阻力系数,对2种方法所得的阻力系数进行了比较分析.分析结果表明,2种方法所得结果基本接近,双头弹前弹头所测得的阻力系数跟风洞测试攻角为0°时的`测试结果接近,后弹头的阻力系数与风洞测试攻角为4°时的结果相近,说明前弹头对后弹头具有一定的空气干扰,实弹射击更能体现各种综合因素对弹头飞行的影响.

作者：赵成刚吴志林作者单位：赵成刚(安阳大学机械系,安阳455000)

吴志林(南京理工大学机械工程学院,南京210094)

刊名：南京理工大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 26(6) 分类号：P255.7 V211.7 关键词：枪弹双头弹风洞实验阻力系数

大口径机枪双头弹空气阻力系数的实验研究第2篇

汽车滚动阻力和空气阻力是汽车滑行阻力的主要组成部分。方便、快速、准确地计算这两项阻力对车辆动力性和燃料经济性研究、车辆性能改进以及排放试验中的功率计算等都具有重要的价值。汽车滑行阻力主要包括滚动阻力、空气阻力、传动系内摩擦阻力和轮毂轴承摩擦阻力以及涉及车轮定位的前束阻力等。

$F = F_{f} + F_{w} + F_{v} + F_{r} + F_{a} (1)$

式中:F 为滑行阻力之和;Ff 为滚动阻力;Fw 为空气阻力;Fv 为传动系内摩擦阻力;Fr 为轮毂轴承摩擦阻力;Fa 为前束阻力。

$\begin{array}{l} F = m g (f + f_{0} v + f_{1} v^{2}) + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} + \\ F_{v} + F_{r} + F_{a} (2) \end{array}$

式中: m为样车质量;g为重力加速度;f 、f0 和f1 为与滚动阻力有关的系数;CD 为空气阻力系数;A为迎风面积;ρ为空气密度[1],一般ρ=1.225 8N·s2·m-4;v为车速。

因传动系内摩擦阻力、轮毂轴承摩擦阻力和车轮定位前束阻力等在汽车滑行总阻力中所占比重较小,实际计算时通常可忽略不计[2],因此可将滑行阻力近似认为由滚动阻力和空气阻力组成,这2种阻力可以在道路试验上的滑行试验方法测定 [3]。

$F = m g (f + f_{0} v + f_{1} v^{2}) + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} (3)$

在滑行试验车速较低的情况下(受试验场地等限值和国家标准要求一般不超过100 km/h),滚动阻力系数可以近似为常数。即

$F = m g f + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} (4)$

在此前提条件下,通过实车道路滑行试验数据根据模型可获得汽车的滚动阻力系数和空气阻力系数,进而计算汽车的滑行阻力。笔者从实车道路滑行试验角度出发,选取两段法计算车辆的滚动阻力系数和空气阻力系数,并采用低速法、多车速法和功率法对试验结果进行深入分析和验证。

1 试验

试验样车参数及环境条件见表1。试验依据为GB/T 12536—1990《汽车滑行试验方法》和GB/T 12534—1990《道路试验方法通则》,试验道路为交通部公路科学研究院公路交通试验中心长直线性能路。道路为平直、坚实的水泥路面,纵向坡度<0.1%。试验测试仪器有综合气象仪DZM2-3和非接触式速度分析仪LC-5100S(日本小野,准确度为±0.5%)等。为提高试验精度,对试验数据进行了重复性检查,各测点平均值的统计精度小于或等于2%。

1.1 两段法滑行试验

测量样车从高速va1滑行至vb1=va1-5的滑行时间,记为t1,样车从低速va2滑行至vb2=va2-5的滑行时间,记为t2。根据模型计算空气阻力系数和滚动阻力系数[2]:

$C_{D} = \frac{6 m (a_{1} - a_{2})}{A (v_{1}^{2} - v_{2}^{2})} (5)$

式中:a为平均减速度,a=(va-vb)/t;v=(va+vb)/2。

$f = \frac{28.2 (a_{2} v_{1}^{2} - a_{1} v_{2}^{2})}{10^{3} (v_{1}^{2} - v_{2}^{2})} (6)$

研究表明,高速与低速滑行试验时速度的选取对研究结果有影响[4],依据试验方案及试验场条件确定车辆速度。试验数据及对应的处理结果见表2所列。

1.2 低速滑行试验

试验时选定长度为100 m的测试路段,将其分为2段,每段长度为50 m。样车以某一初速度滑行通过测量路段,该初速度确保样车在(20±2) s时间内通过100 m的测量路段。测量样车通过开始50 m路段和整个100 m路段的滑行时间t1和t2,取多次试验的平均值,试验数据见表3所列。车辆在低速下滑行时,行驶阻力中起主导作用的是滚动阻力,而空气阻力对车辆滑行结果影响较小,可以忽略不计,因此可根据式(7)所示模型计算滑行时的滚动阻力系数,结果见表3所列。

滚动阻力系数可表示为

$f = \frac{a}{9.8} (7)$

其中汽车减速度可表达为

$a = \frac{100}{t_{2}} (\frac{1}{t_{1}} - \frac{1}{t_{2} - t_{1}}) (8)$

1.3 多车速滑行试验

根据试验要求,试验样车以95 km/h的初速度开始滑行试验至试验结束,试验结果见表4所列。

2 试验结果分析及验证

在采用低速滑行试验测定滑行阻力系数(或滚动阻力系数)时,由于忽略了空气阻力对样车运动的影响,即将空气阻力归入到滚动阻力中,因此在理论上会使计算所得滚动阻力系数比实际数值略大,这通过滑行试验可得到验证(样车1由两段法滑行试验计算的滚动阻力系数为0.008 60,较低速法测定的滚动阻力系数0.010 13小,样车2由两段法滑行试验计算的滚动阻力系数为0.010 76,较低速法测定的滚动阻力系数0.012 56小)。因此采用两段法因考虑了空气阻力的影响使计算所得的滚动阻力系数较低速法更加接近于真实值,同时也初步验证了计算方法的有效性。

滑行试验在公路交通试验中心长直线性能路上进行,由于道路的纵向坡度<0.1%,且试验数据采用多次往返测量的平均值,可以忽略道路坡度对试验结果的影响,即坡度阻力为零。则试验样车滑行时力的平衡方程[5]为

$F_{f} + F_{w} + F_{i} = 0 (9)$

整理得

$m g f + \frac{C_{D} A ρ v^{2}}{2} + δ m \frac{d v}{d t} (10)$

式中: δ为汽车旋转质量换算系数,一般载货汽车取值为0.07,轿车、轻型客车及客车取为0.05。

可以推导出时间t与车速v的关系模型为

$\begin{array}{l} t = \frac{\sqrt{2 m δ}}{\sqrt{C_{D} ρ g f}} [\arctan (\frac{v_{0}}{3.6} \sqrt{\frac{C_{D} A ρ}{m g f}}) - \\ \arctan (\frac{v}{3.6} \sqrt{\frac{C_{D} A ρ}{m g f}})] (11) \end{array}$

式中:v0为滑行初速度。

同理可得滑行距离与速度的关系模型为

$S = \frac{δ m}{C_{D} A ρ} \ln (\frac{25.92 \times m g f + C_{D} A ρ v_{0}^{2}}{25.92 \times m g f + C_{D} A ρ v^{2}}) (12)$

将两段法滑行试验计算所得的滚动阻力系数和空气阻力系数代入式(11)和式(12),表4中的速度参数分别代入式(11)和式(12),计算得到对应时间和距离。通过对比分析,样车1和样车2的距离误差分别为3.82%和4.32%,时间误差分别为4.32%和3.99%,分别见图1、2、3和图4。从图中可以看出,采用两段法滑行试验所得的滚动阻力系数和空气阻力系数以速度为自变量分别计算所得时间与距离数值与多车速试验数值接近,能够满足工程实际需要。同时还表明计算数据在滑行开始初期高速阶段有很好的一致性,但随着车速的降低数据之间的累计偏差增大。

为了更好验证两段法计算所得滚动阻力系数和空气阻力系数的准确性,采用功率计算方法[6]依据式(13)计算样车的滑行阻力功率,并与两段法的滚动阻力系数和空气阻力系数根据式(14)计算所得阻力功率进行比对。

$Ρ = \frac{m v Δ v}{500 t} (13)$