Application of high performance computing to the solution of interior ballistics problems

Authors

  • I.V. Semenov Institute for Design Automation of RAS (IAP RAS)
  • P.S. Utkin Institute for Design Automation of RAS (IAP RAS)
  • I.F. Akhmedyanov Institute for Design Automation of RAS (IAP RAS)
  • I.S. Menshov Keldysh Institute of Applied Mathematics of RAS

Keywords:

interior ballistics, numerical modeling, high performance computing

Abstract

A mathematical model, a numerical algorithm, and an approach to its parallelization for the simulation of interior ballistics problems in the quasi-one-dimensional approximation using high performance computing are considered. The developed software is compared with a number of known application program packages for solving similar problems by the example of the AGARD test problem. The developed software can be used to solve a wide range of practically important problems in civil applications (such as the operation of gas generators, solid-propellant rocket engines or propellant charges for fire-fighting operations) and in special applications for the predictive modeling of interior ballistic processes in barrel systems.

Author Biographies

I.V. Semenov

P.S. Utkin

I.F. Akhmedyanov

I.S. Menshov

References

  1. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962.
  2. Klemens R., Gieras M., Kaluzny M. Dynamics of dust explosions suppression by means of extinguishing powder in various industrial conditions // J. of Loss Prevention in the Process Industries. 2007. 20, № 4-6. 664-674.
  3. Porterie B., Loraud J.C. An investigation of interior ballistics ignition phase // Shock Waves. 1994. 4. 81-93.
  4. Хоменко Ю.П., Ищенко А.Н., Касимов В.З. Математическое моделирование внутрибаллистических процессов в ствольных системах. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999.
  5. Русяк И.Г., Ушаков В.М. Внутрикамерные гетерогенные процессы в ствольных системах. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2001.
  6. Nusca M.J., Controy P.J. Multiphase CFD simulations of solid propellant combustion in gun systems // Proc. of DoD High Performance Computing Modernization Program 2001 Users Group Conference. Biloxi, MS, 18-21 June 2001.
  7. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 1. М.: Наука, 1987.
  8. Чудновский А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах. М.: Гостехиздат, 1954.
  9. Захаренков В.Ф. Полуэмпирический метод расчета теплообмена в гладких и шероховатых трубах при течении горячих газовых потоков // Тр. Междунар. научно-практической конференции «Третьи Окуневские чтения». Санкт-Петербург. 24-29 июня 2002 г. 2. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2002. 176-185.
  10. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.: Госэнергоиздат, 1958.
  11. Ergun S. Fluid flow through packed columns // Chemical Engineering Progress. 1952. 48, N 2. 89-94.
  12. Barth T., Ohlberger M. Finite volume methods: foundation and analysis // Encyclopedia of Computational Mechanics. 2004. 1. 439-470.
  13. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976.
  14. Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. М.: Физматлит, 2001.
  15. Woodley C., Carriere A., Franco P., Groger T., Hensel D., Nussbaum J., Kelzenberg S., Longuet B. Comparisons of internal ballistics simulations of the AGARD gun // Proc. of 22nd International Symposium on Ballistics. Vancouver, Canada, November 2005. 338-346.
  16. Gollan R.J., Johnston I.A., O’Flaherty B.T., Jacobs P.A. Development of gasbar: a two-phase flow code for the interior ballistics problem // Proc. of 16th Australasian Fluid Mechanics. Crown Plaza, Gold Coast, Australia, 2-7 December, 2007. 295-302.
  17. Longuet B., Pieta P.D., Franco P., Legeret G., Papy A., Boisson D., Reynaud C., Millet P., Taiana E., Carrere A. Mobidic-NG: a 1D/2D CFD code suitable for interior ballistics and vulnerability modelling // Proc. of 22nd International Symposium on Ballistics. Vancouver, Canada, November, 2005. 362-371.
  18. Семенов И.В., Меньшов И.С., Ахмедьянов И.Ф., Уткин П.С., Марков В.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ N 2011610905 «Программный комплекс БАРС-1МП».
  19. Закаменных Г.И., Чернов В.В., Абдуллин А.К., Семенов И.В., Уткин П.С., Лебедева А.Ю., Ахмедьянов И.Ф. Экспериментальное и численное исследование влияния положения модульного заряда на характеристики выстрела // Сб. материалов Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные основы баллистического проектирования». Санкт-Петербург, 28 июня-2 июля 2010 г. 1. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2010. 119-122.

Published

11-04-2011

How to Cite

Семенов И., Уткин П., Ахмедьянов И., Меньшов И. Application of High Performance Computing to the Solution of Interior Ballistics Problems // Numerical Methods and Programming (Vychislitel’nye Metody i Programmirovanie). 2011. 12. 183-193

Issue

Section

Section 1. Numerical methods and applications