装甲车辆瞬态温度场分析.pdf

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1、北京石油化工学院学报第19卷第2期Vo1．19NO．2JournalofBeijingInstituteof2011年6月Jun．2O11Petro—chemicalTechnology装甲车辆瞬态温度场分析刘荣华张宁何烨(1．北京石油化工学院信息工程学院，北京102617；2．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191)摘要为了对装甲车辆太赫兹辐射特性进行分析，以坦克为主要研究对象，利用有限元分析软件ANSYS进行三维瞬态温度场模拟，建立了装甲车辆的整体物理模型。并且着重对负重轮温度场进行计算研究，绘制了负重轮

2、及履带加载负荷和边界条件后的图形，以及运动1h后负重轮整体的温度分布图，分析了轮胎边缘点温度随时间变化的情况。结果表明：负重轮是装甲车辆太赫兹辐射成像中重要的识别因素，为后期研究目标与背景的太赫兹辐射特性奠定了基础。关键词温度场；装甲车辆；负重轮；有限元分析中图法分类号TN215在装甲车辆的太赫兹辐射特性分析中，首热方程，以目标自身材料、结构、热特性参量、大先需要对装甲车辆的温度场进行分析计算，由气目标周围环境及过去的热状态为输入参数，于负重轮的温度随时间变化较为明显，使其必用合适的数值方法求解出目标的温度分布。然成为装

3、甲车远程识别的重要特征之一。因三维直角坐标系下不含内热源的瞬态热传而，负重轮温度分布的计算模型是装甲车辆热导方程为：像理论模型的重要组成部分。笔者首先用OT一0(志)+(忌adt，e+(志OT)ANSYS有限元分析软件绘制了装甲车辆的整(1)体三维模型，然后对负重轮进行了温度场计算，圆柱直角坐标系下不含内热源的瞬态热传以目标自身材料、热特性参量和大气周围环境导方程为：为输入参数，求解出负重轮的温度分布以及负aTi_重轮上不同点处温度随时间的变化情况。一一a(尼，一)+1未()+1车辆整体温度场理论模型未(志誓)1．1温度

4、场分析方法球直角坐标系下不含内热源的瞬态热传导温度场求解方法为：根据目标的几何结构方程为：和工作原理以及是否有内热源等特点，考虑其ST一1lD[’Or()+×与周围背景的能量交换关系(导热、对流换热、太阳辐射、大气长波辐射等)，建立描述目标温(删)+丽10(是嚣)㈦度分布的数学模型，求解目标的温度场。其中￡为时间，壶为导热系数，P为密度，c为比由于目标的温度场分布不随探测器波长而热容。改变，在传统红外波段的目标与背景辐射特性以上为装甲车辆温度分布控制方程，根据研究中已有较成熟的温度场建模方法与结论可车辆各个部分的结构特点

5、及工作状况可给出相供借鉴，基本过程为：目标几何视图建立之后，应的对流及辐射边界条件，综合得到目标温度对目标的每一部件进行网格划分，建立三维传场的数学模型。1．2装甲车辆整体温度场建模收稿El期：20101220典型地面军事坦克由车体、车轮与履带、火36北京石油化工学院学报2010年第19卷炮等不同结构组成。装甲车辆车体又包括炮用大型通用有限元分析软件ANSYS完成典型塔、装甲、裙板、翼子板等部分，其中装甲又分为地面军事目标温度场建模及求解工作。前、后、上、下、侧和底几部分，各部分实际形状在此必须提到的是辐射换热系数的计算

6、是比较复杂，材料的热物性也有所差异。为了使温度场建模的重点与难点。辐射换热系数即从理论建模成为可能，根据各部分实际形状，将车一个固体表面发射的辐射能量中到达另一固体体部件作如下简化：将炮塔看作半球体；炮管看表面的能量所占的发射能量的份额。辐射角系作圆柱体；车体的其他装甲部分看作平板；乘员数的计算方法有许多种，如环路积分法、代数舱作空腔处理；动力舱考虑发动机、传动装置的法、封闭空腔法、微分法和随机法。现在普遍推存在；气候和地理条件随时间作缓慢变化。图荐的是蒙特卡洛法。由于3D计算机图形学的l为ANSYS中建立的坦克整体模型

7、。迅速发展，已有某些图像渲染器可以实现高精度的光线追踪，与辐射换热面片计算采用的是同一原理，并已有图像渲染器MentalRay用于94GHz被动成像系统仿真的先例见诸报道，可考虑多种方法相结合完成辐射换热系数的计算。接下来主要研究负重轮的温度场建模，首先用ANsYS有限元分析软件来建立负重轮及履带的三维模型[2]，并且进行了网格划分；然后图lANSYS中坦克整体模型计算负重轮的热源及其边界条件；最后将计算得到的热源及对流边界条件加载到相应的体和具体分析坦克车体、车轮与履带、火炮等不面上，得到负重轮及履带的温度分布图以及负

8、同结构的温度场特点后，可进行坦克温度场的重轮橡胶轮缘上一点温度随时间变化关系图。整体分析。实际在进行坦克温度场求解时，整2负重轮与履带温度场数值模拟体建模求解需要额外计算很多重复的部件。如图1中负重轮结构尺寸及负载均相同，却进行2．1负重轮与履带三维模型了l2次重复计算，大大加重了计算负荷。故在坦克车辆行驶时，负重轮