机弹干扰下弹架的气动特性

分析了处于飞机机翼翼下流场中,外挂物挂飞载荷随飞机攻角、侧滑角、翼下位置、马赫数的变化。通过分析得出机弹干扰下弹架的气动特性一般由载机的飞行姿态与弹架位置决定。     

基于动态嵌套网格技术的机载武器投放研究

为研究机载武器投放过程中机、弹气动干扰特性及航弹运动规律,采用计算流体力学(CFD)方法对机载武器投放过程进行数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,通过动态嵌套网格技术模拟航弹运动,在求解非定常Euler方程时引入广义极小残余方法(GMRES),成功模拟了基于察/打一体无人机平台的航弹自由投放过程,获得了详细的包括弹体运动速度、空间轨迹和受力情况等在内的丰富的运动信息。通过算例,验证了本文发展方法的有效性和合理性。计算结果表明:投放过程中,载机气动力受航弹影响较小,而航弹受载机气动干扰影响较大;航弹所受的气动干扰主要来自投放初期,随着弹体的下落和距载机距离的增加,气动干扰影响逐渐渐弱。     

舰炮制导炮弹弹托分离过程非定常流场数值模拟

为了研究次口径舰炮制导炮弹弹托与炮弹的分离安全性及分离过程中的气动干扰,采用基于动网格技术的非定常CFD数值模拟方法,同时耦合求解弹托六自由度弹道方程,对弹托与炮弹的分离过程进行了模拟计算.给出了分离过程中炮弹和弹托各自的气动特性,及弹托分离轨迹和姿态角变化规律,分析了弹托与弹体间的气动干扰特性.结果表明,弹托能够与炮弹安全分离,在分离初期炮弹和弹托之间存在显著的气动干扰,分离一定距离后弹托对炮弹的气动干扰消失.文中为次口径舰炮的弹托分离技术研究提供了数据支撑和理论依据.     

侧滑角对大长细比鸭式布局弹箭俯仰操纵性的影响

大长径比鸭式布局制导弹箭进行倾斜转弯控制时,受侧滑角、攻角和滚转角影响,鸭舵产生的斜吹洗流会引起尾翼和弹身产生额外的面外力和力矩。因此为研究侧滑角对大长细比弹箭操纵性的影响,将流场域划分六面体-多面体网格,采用CFD方法对鸭式布局弹箭在不同攻角、马赫数、舵偏角和侧滑角下的气动特性进行了数值模拟,得到了弹箭气动特性的变化规律,绘制出了弹箭的流线图、涡量图和压力云图,进行流场分析研究。利用风洞实验获得相关空气动力学参数,对实验结果作对比分析,发现风洞实验与数值模拟得到的结果都有较高的吻合度,验证了数值模拟方法的可行性。研究表明多数情况下侧滑角不为零时,由于弹箭的弹体较长,鸭舵的洗流向弹体一侧偏移,使得鸭舵的洗流对部分尾翼没有产生干扰,尾翼的当地攻角增大,尾翼法向力变大,弹箭的压心后移,平衡攻角减小,静稳定度变大,进而弹箭的俯仰操纵效率降低;而在少数情况下弹箭尾翼当地攻角却降低,尾翼法向力有所降低,静稳定度变小,弹箭的操纵效率有所提高。     

非零攻角和侧滑角条件下弹托不同步飞离的数值模拟

对弹药在不同条件下的发射过程进行研究是研制弹药的重要一环,它有助于弹药适应现代战场复杂多变的发射环境。为了提高尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的射击精度和飞行稳定性,通过非结构化动网格技术和用户自定义函数耦合计算流体力学和六自由度外弹道程序,对非零攻角和侧滑角条件下APFSDS弹托相对弹体动态分离过程进行了数值模拟,获得了非零攻角和侧滑角条件下弹托分离流场、六自由度运动参数以及弹体气动参数的变化情况。结果表明：在非对称来流的影响下,弹托分离流场呈现非对称性,引起弹托受力不均匀,从而导致弹托非对称、不同步地飞离弹体,加大弹体受到的扰动,最终降低弹丸的射击精度和飞行稳定性。     

导弹级间分离气动特性研究

为了研究两级分离布局导弹分离过程的气动特性,文中利用自主开发的数值计算程序对导弹两级分离过程进行了模拟,并完成了部分工况的风洞实验验证,分析了分离过程导弹两级气动特性的变化规律。研究范围:马赫数2.0～5.0,攻角0°～6°。结果表明:攻角和侧滑角对导弹两级的轴向位移影响较小,马赫数越高、Ⅰ级模型头部锥角越小或导弹两级直径比越接近均有利于导弹两级的快速分离。     

基于嵌套网格的超声速子母弹分离数值分析

为研究超声速下子母弹分离流场和气动特性,采用嵌套网格技术和有限体积法离散求解三维黏性可压缩流的Navier-Stokes方程,同时建立6自由度刚体的运动学方程与动力学方程。将6自由度刚体运动与计算流体力学耦合,数值模拟超声速下子母弹分离过程,研究子母弹分离过程的流场特性和子弹初始分离状态（如子母弹初始分离时子弹飞行速度及其初始姿态角等）对其分离过程的影响。结果表明：嵌套网格技术可以很好地模拟超声速下子母弹分离的复杂干扰流场;超声速条件下,子弹脱开母弹时的飞行速度和子母弹初始分离速度越大,分离攻角越小,各个弹体之间可以更安全快速地分离。     

无人机机载炸弹投放分离特性数值模拟研究

通过在非结构动态重叠网格上耦合求解刚体六自由度运动方程和非定常N-S方程的方法,对无人机机载炸弹投放分离过程中的气动特性和运动轨迹进行了数值模拟研究,获得了炸弹运动过程中的轨迹、姿态等信息,分析了炸弹投放分离过程中的安全性问题.研究表明,在计算攻角范围内(α=1°、5°),无横风条件下炸弹的投放是安全的;有横风(5 m/s、10 m/s)条件下炸弹的投放是不安全的.     

弹体条件和弹射条件对无安定器航弹射程的影响

为说明弹体条件和弹射条件对投弹精度的影响特点,依据理想条件下的无安定器航弹弹道模型,采用计算机仿真方法,量化了无安定器航弹初始俯仰角速度与航弹射程的关系;根据无安定器航弹的弹体特征和投放系统结构特点,建立了弹体条件和弹射条件与航弹初始俯仰角速度的基本关系式,定量分析了弹射冲量、质心位置对无安定器航弹射程的影响.仿真结果表明,弹射冲量变化通过引起初始俯仰角速度的差异将导致射程的较大改变;质心位置的变化对航弹的射程也有较大影响.研究结果对科学制定飞机挂弹系统的设计指标、提高航弹投弹精度有重要参考价值.     

激光制导炸弹的姿态控制引入时机研究

文中以激光制导炸弹为研究背景,结合导弹稳定控制方法,利用机载武器分离安全理论,提出了一种导弹姿态控制引入时机分析方法。该方法在机弹分离的适当时机引入对导弹姿态的控制,可使导弹舵面转动实现对弹体姿态变化的抑制,保证了导弹离开载机过程中的姿态稳定。通过和无控条件下机弹分离后弹体姿态变化的对比,验证了适当时机引入姿态控制可提高导弹投放时的安全性。     

亚音速飞行器往复式滑翔增程弹道设计

为增加亚音速巡航导弹的有效航程,提出一种往复式滑翔增程弹道方案。基于已有的气动参数建立水平直飞巡航弹道与往复式滑翔巡航弹道模型,对比分析2种弹道方案的有效航程及其特性,从能量守恒角度出发研究往复式滑翔的增程原理。进一步研究初始飞行马赫数、初始弹道倾角以及初始飞行高度对往复式滑翔弹道增程特性的影响。研究结果表明:往复式滑翔弹道能够有效增加导弹航程,相比于常规水平直飞弹道的最大飞行距离,往复式滑翔弹道的增程效率达到100.42%; 在往复式滑翔弹道能够成功的前提下,初始飞行马赫数越大,初始弹道倾角越小,初始飞行高度越低,往复式滑翔弹道的增程效率越明显。     

小型子弹抛撒后的飞行力学特性影响研究

利用子弹尾翼展开过程风洞试验气动特性和尾翼在驱动力作用下在不同张开位置对应时间的测量结果,分析研究子弹抛撒引起的初始角速率对飞行攻角的影响;根据子弹飞行过程中最大攻角限制,确定子弹抛撒初始角速率控制范围。子弹抛撒初始角速率要求可进一步放宽,研究结果对子母弹药子弹抛撒设计中姿态调整具有现实意义。     

基于Sobol和EFAST法的枪弹转动角速度全局灵敏度仿真分析

为开展外弹道测试、动力学特性研究等需要，经常在枪弹外部安装各种用于飞行状态测量的装置。由于枪弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰，直接影响测量输出。为更好地开展试验设计及相关数据处理工作，采用姿态测量装置测量枪弹转动角速度的方案，以5自由度刚体弹道方程组为基础，采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol全局灵敏度分析方法和傅里叶幅值灵敏度检验扩展法（EFAST），就姿态测量的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明：1)初速和初始攻角对姿态测量装置沿弹体径向的输出影响较大，初速对姿态测量装置轴向输出的影响较大；2)Sobol法和EFAST法均可定量分析参数对输出变量的贡献率，但EFAST法的计算更为稳健、高效。     

变后掠翼航弹滑翔弹道优化设计

为增强变后掠翼航弹的滑翔能力,研究了一种变后掠翼航弹的滑翔弹道优化设计问题.分析了变后掠翼航弹的气动特性,将弹道优化问题转化为最优控制问题,利用最小值原理,推导了滑翔段飞行距离最大的必要条件,在此基础上采用粒子群算法对攻角及后掠角进行寻优,形成了一种基于攻角与后掠角双变量控制的弹道优化设计方法.数值仿真算例表明,在满足状态方程约束的条件下,双变量比固定外形和常规单变量控制的航弹射程显著提高,寻优结果符合气动特性分布规律,通过最优控制和粒子群算法优化弹道的方法是可行的.     

一种改进的"钻石背"翼设计

针对目前滑翔弹射程短的缺点,提出一种改进的"钻石背"弹翼.通过增大后掠翼的后掠角、前掠翼的前掠角和展弦比来改进钻石背弹翼,分析计算在飞行攻角为0°～8°的使用条件下不同飞行马赫数时的气动特性.在逆风飞行条件下计算飞行弹道,结果表明在12000m高度,270m/s水平速度投弹的条件下,射程达到110km以上.通过对翼张机构的设计,在原理上说明了菱形弹翼张开机构的可行性.     

基于TLC的高超声速飞行器自抗扰姿态控制

针对高超声速飞行器控制指令受噪声干扰、气动参数不精确、各通道强耦合以及舵面偏角有限等特点,设计了基于轨迹线性化（TLC）的自抗扰姿态控制器。针对姿态角指令信号受噪声干扰、姿态回路受加速度限制的特点,应用最速二阶跟踪微分器对姿态指令进行预处理;应用轨迹线性化方法分别对姿态角回路、角速率回路设计解耦控制器;为了提高控制器的鲁棒性,在角速率回路以综合干扰为扩张状态设计扩张状态观测器（ESO）,并对综合干扰进行补偿。仿真结果表明,该方法可以有效滤除指令信号中噪声、减小舵面偏角,并提高控制系统的鲁棒性。     

旋转稳定弹扰流片气动外形多目标优化设计

为提升旋转稳定弹的射击精度,将微型扰流片应用于旋转稳定弹,可以为弹丸提供侧向升力、改变弹体姿态,继而达到改变飞行轨迹的目的。通过数值模拟方法计算扰流片轴向力系数、法向力系数和静力矩系数,分析扰流片气动系数随外形参数和马赫数的变化规律,以及外形参数和马赫数对平衡攻角的影响;以扰流片主要外形参数为设计变量,以弹道修正量和终点存速为目标,考虑攻角、修正能力、扰流片尺寸等约束,建立多目标优化设计模型,并采用遗传算法获得全局最优解。结果表明：采用扰流片对弹丸进行姿态调整、弹道修正的方法可行有效;在亚跨声速段扰流片外形参数存在升阻比最优解,在超声速下升阻比随马赫数增加呈下降趋势。     

非标准条件对一维弹道修正弹弹道稳定性影响的研究

分析了阻力片打开前后弹丸弹道稳定性的变化规律,分析了弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响。以某型100 mm一维弹道修正弹为研究对象,建立了6自由度刚体弹道模型。仿真结果表明：弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响较小,在一般气象条件及初始扰动下,阻力片打开后弹丸可稳定飞行;阻力片打开会使弹丸攻角增大并伴随一定幅值的振荡,陀螺稳定性增强,动态稳定性先减弱后增强,追随稳定性减弱,落点侧偏有一定增加。