鸭舵后掠角对火箭弹尾翼的滚转性能研究

根据具有较大翼面的鸭式布局火箭弹难以进行滚转控制的特性,文中采用数值流体力学分析手段,建立鸭式布局火箭弹外流场模型,仿真分析了鸭舵滚转效应产生机理、鸭舵下洗对尾翼气动耦合规律以及后掠角对火箭弹滚转性能的影响.仿真结果表明由于鸭舵下洗作用,在尾翼上诱导出一个舵控方向相反的滚转力距,使滚转控制能力降低甚至反效;在后缘后掠角x≠0°时,随着后缘后掠角的减小火箭弹的滚转控制能力基本不变.     

鸭舵位置参数对弹箭滚转特性的影响

采用数值模拟方法,研究了一尾翼固定的鸭式布局弹箭舵尾间距以及鸭舵安装位置对滚转特性的影响。分析了其流场特性与气动特性,结果显示,固定尾翼鸭式布局弹箭的舵尾间距对滚转控制特性有较大的影响,且舵尾间距越小,鸭舵下洗诱导尾翼产生反向滚转力矩越大,鸭舵滚转控制效率越低; 鸭舵安装位置对滚转特性亦有较大的影响,安装在圆柱段上较安装在圆锥段上,其滚转力矩系数在跨音速得到提升,在亚音速和低超音速都有所下降,超音速时几乎不变。     

近距耦合鸭式布局导弹气动特性

由于导弹在大攻角下舵面法向力会下降,导致机动性降低。在鸭舵前添加反安定面,可使之与鸭舵之间产生有利干扰,在获得机动性的同时获得高操纵性。采用数值模拟方法研究亚声速和超声速条件下双鸭式布局导弹的近距耦合效应。在验证数值方法可靠的基础上,与鸭式布局导弹进行对比分析,重点研究来流工况为Ma=0.5与Ma=2.0时在不同迎角下反安定面与鸭舵之间的涡系演变过程,并对舵面法向力和俯仰力矩进行了分析。分析结果表明：当来流处于亚声速时,在中大迎角以后产生的增升效果明显,反安定面卷起的下洗涡与鸭舵涡卷绕融合后使之得到明显增强,涡强度的增强延迟了鸭舵表面的流动分离,提高了法向力;当来流处于超声速时,相互之间的耦合作用变为使鸭舵上表面流速增加和下表面涡量减少,进而提升鸭舵升力;双鸭式布局能够增加平衡迎角,提高操纵性。     

旋转体制下鸭式布局弹箭正弦打舵气动特性分析

为了研究鸭式布局弹箭正弦打舵滚转控制时非对称姿态飞行的气动特性,根据滚转周期内的飞行姿态建立了4组模型,进行风洞实验,得到全弹的气动力变化规律; 采用基于三维Navier-Stokes方程求解的时空二阶精度的隐式迭代算法,建立数值计算模型,对流场进行数值模拟,得到不同攻角下飞行时的弹箭各部件气动力数据。结果表明数值模拟气动力数据与风洞实验结果有相似的变化规律。采用后处理软件分析了鸭舵下洗对尾翼的影响,得到结论:鸭式布局弹箭鸭舵洗流对尾翼干扰明显,非对称姿态下鸭舵对尾翼的洗流会使弹箭产生诱导滚转力矩,且该滚转力矩随攻角增大而增大。     

反安定面展弦比对近距耦合鸭式布局导弹气动特性影响的数值研究

本文采用数值模拟方法研究亚音速和超音速条件下,反安定面展弦比对双鸭式布局导弹的近距耦合效应的影响。建立了数学模型,验证了数值方法,对展弦比为0.3、0.6和0.9的鸭式布局导弹进行了对比分析,重点研究了来流工况为Ma为0.5和2时,在不同攻角、不同展弦比下两鸭舵之间的涡系演变过程,并对舵面法向力和俯仰力矩进行了分析。结果表明:亚音速条件下,当展弦比为0.3时中大攻角以后近距耦合效应产生的增升效果明显,反安定面卷起的下洗涡与鸭舵涡卷绕融合后使之得到明显的增强,涡强度的增强延迟了鸭舵表面的流动分离,提高了失速后的法向力,并随着展弦比增加而提升效果减弱; 当来流处于超音速时,随着展弦比的增加,鸭舵法向力先增大后减小,反安定面在展弦比为0.6左右时耦合效果较好; 同时双鸭式布局反安定面在展弦比0.3～0.9范围内随着展弦比增加,提高操纵性效果越好。     

鸭舵形状及位置对制导榴弹气动特性的影响

为提升固定式鸭舵全弹的气动效率,对制导榴弹弹道修正组件进行结构设计以及气动特性分析.基于155 mm口径榴弹设计3种不同形状的鸭舵,利用数值仿真软件对3种舵片进行气动仿真,通过3种设计方案滚转力矩以及升阻比的对比进行优选,并对不同安装位置对气动特性的影响进行分析,得出气动效率相对较好的鸭舵形状以及轴向布局.结果表明:该设计具有一定的工程应用价值,可为基于鸭式舵的简易制导榴弹气动设计提供参考.     

鸭舵修正机构舵偏角选择方法

为了研究鸭舵式修正机构舵偏角的选择方法,建立了不同舵偏角下弹丸的三维模型,并利用FLUENT和ADAMS软件进行联合仿真,得到了不同舵偏角下弹丸的空气动力数据和飞行稳定性特征。同时,研究了不同舵偏角对电机控制能力和鸭舵修正能力的影响,并进行了MATLAB仿真。结果表明,在满足全弹气动布局、飞行稳定、电机有效控制、弹丸修正能力的基础上,尽量选择舵偏角大的舵翼结构。     

制导兵器某些气动カ问题

结合多年的研究成果和经验，对与发展制导兵器密切相关的7个气动力问题：高升阻比气动布局与气动增程、多片翼布局及气动特性、鸭式布局导弹鸭舵滚转控制耦合与解耦、子母弹抛撒分离的气动干扰、非圆截面弹体的气动特性与雷达隐身特性、格栅翼的气动特性、横向喷流控制技术进行了分析和论述。指出对这7个问题还需进行更深入的研究。     

高超声速飞行器气动耦合特性分析与补偿控制

针对高超声速飞行器具有强耦合、控制器设计困难的问题,主要分析了飞行器的气动耦合特性,并在其基础上进行了耦合补偿控制器的设计。首先建立了高超声速飞行器的运动模型,并对气动模型进行了初步分析;然后利用对角优势阵理论对飞行器的气动耦合特性进行了详细分析,得到了稳定力矩耦合、阻尼力矩耦合以及操纵力矩耦合特性随马赫数、攻角及舵偏角的变化规律;最后,结合气动耦合特性设计了耦合补偿控制器,并进行了仿真验证。仿真结果表明,耦合补偿控制器的设计能有效降低飞行器三通道之间的气动耦合,提高了控制系统的动态响应能力和控制精度。     

BTT导弹耦合通道控制系统的变结构解耦设计

倾斜转弯(BTT)导弹等飞行器由于气动外形不对称,以及存在较大的滚动速率,其各个通道之间存在强烈的耦合,自动驾驶仪的设计不能再采用传统三通道独立设计.文中设计了一种变结构控制的三通道独立设计的飞行器控制系统,保留三通道间的耦合因素,作为扰动,使得多变量对象成为带扰动的单变量对象,再分别设计理想滑动模态,设计各个通道的控制量.仿真结果表明这种针对耦合通道的三通道独立设计的控制方法,达到了解耦控制的目的,体现了变结构控制对扰动的鲁棒性.     

吸气式飞行器模型参考变结构控制律设计与仿真

建立吸气式飞行器的动力学模型,针对三通道耦合、正攻角飞行的特点,采用基于BTT-180的模型参考变结构控制方法进行控制律设计。然后选用典型工况,在考虑气动参数偏差的情况下,进行六自由度弹道仿真。仿真结果表明该控制方法能有效解决飞行器通道间的耦合现象,增强了控制系统的适应性与鲁棒性。     

超远程制导炮弹滚转控制特性数值模拟

以三维N—S方程为出发方程，采用S—A湍流模型，对超远程制导炮弹的绕流场进行了数值模拟，研究鸭舵不能进行滚转控制的机理。数值模拟结果表明。对于固定尾翼鸭式布局导弹，当鸭舵做副翼偏转进行滚转控制时，在尾翼上产生数值很大的反向诱导滚转力矩。使鸭舵难以进行滚转控制。通过分析提出了鸭舵不能进行滚转控制的解决措施。     

防空制导炮弹有控弹道动态稳定性分析

简述了弹丸动态稳定性的研究状况。针对一对鸭舵、尾翼稳定式防空制导炮弹,建立了鸭舵控制作用下的有控弹道角运动模型,采用李雅普诺夫直接法导出有控炮弹自由运动动稳定条件。通过求解角运动方程,分析了舵面偏转条件下的弹丸受迫运动稳定性,分别讨论了影响自由运动和受迫运动稳定性的因素。结果表明,舵面参数与弹丸转速是影响有控弹道动稳定的主要因素,须在气动布局参数设计和弹道设计时加以合理控制。     

浅析再入机动飞行器十字布局与叉字布局的气动特性差异

利用典型状态的风洞试验结果对十字布局与叉字布局再入机动飞行器的气动特性进行了分析也比较。研究结果表明，叉字布局的静稳定裕度变化范围大于十字布局，机动配平能力高于十字布局，升力、升阻比与十字布局相当，舵面控制效率大于十字布局，舵前缘压力与十字布局相当，舵面压力则远大于十字布局，俯仰、偏航、滚转控制的气动交连耦合影响比十字布局严重。     

鸭式布局防空炮弹的鸭舵设计优化

为提高防空有控炮弹的弹道性能,以一对鸭舵控制的防空弹道修正弹为对象,阐述了系统工作原理与鸭舵控制方式,在全指令控制信号及弹体稳态飞行条件下,研究了由鸭舵偏转产生的弹道法向修正速度,给出了精度较好的估算公式。由此提出一个以鸭舵气动外形参数为设计变量的弹道修正能力综合优化设计模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明,采用该模型对鸭舵气动外形参数进行综合优化设计,能够有效提高鸭式布局防空炮弹的弹道控制能力,为该类有控炮弹的鸭舵气动外形参数设计提供了参考。     

鸭舵机构对旋转弹丸气动特性作用研究

针对普通高速旋转弹丸低命中率问题,建立了有舵弹丸与无舵弹丸数值仿真模型.仿真研究了有舵弹丸相对无舵弹丸关于阻力、升力、滚转力矩及其系数以及射程和横偏的影响,结果表明:在保证弹丸飞行稳定的基础上,有舵弹丸在减旋情况下相对于无舵弹丸射程、射高、横偏减小;适当控制鸭舵姿态可以修回安装鸭舵机构带来的射程损失,同时对发生偏离弹丸进行有效修偏.     

鸭舵机构对旋转弹丸气动特性作用研究

针对普通高速旋转弹丸低命中率问题,建立了有舵弹丸与无舵弹丸数值仿真模型.仿真研究了有舵弹丸相对无舵弹丸关于阻力、升力、滚转力矩及其系数以及射程和横偏的影响,结果表明:在保证弹丸飞行稳定的基础上,有舵弹丸在减旋情况下相对于无舵弹丸射程、射高、横偏减小;适当控制鸭舵姿态可以修回安装鸭舵机构带来的射程损失,同时对发生偏离弹丸进行有效修偏.     

鸭式布局双旋稳定弹强迫运动理论研究

为深入理解鸭式布局双旋稳定弹的动力学特性,对前体鸭舵周期性干扰引起的强迫运动进行了理论研究。建立一个简化七自由度飞行动力学模型,利用双旋稳定弹的横向运动方程组,在小攻角条件下推导出线性攻角运动模型,得到周期性舵控作用强迫项对应特解的具体表达式。通过对攻角快、慢圆运动角频率及强迫振幅变化特性在不同条件下的仿真分析,讨论该强迫运动的共振条件,分析舵面偏转角、舵面位置和极转动惯量比对共振幅值的影响。对大攻角条件下的前体转速闭锁问题进行初步分析,导出了该弹发生转速闭锁的稳定方位角及临界攻角表达式。     

鸭式与正常式导弹滚转特性数值研究

为研究不同气动布局导弹滚转特性。采用三维雷诺平均N-S方程组,对正常式和鸭式布局导弹在非对称姿态流场进行数值模拟。研究了这两种布局形式的滚转力矩变化规律、翼剖面压力分布差异和舵翼面流动相互干扰等。经数值模拟表明,造成这两种布局在非对称姿态下舵面偏转进行滚转控制时不同布局导弹滚转特性差异的原因在于:舵面偏转后在翼面产生非对称洗流,导致翼面诱导滚转力矩不同所致。     

一种飞行器姿态控制的三通道独立设计方法

面对称型大气层飞行器的三个姿态控制通道间存在着强烈的耦合作用，使得传统的三通道独立设计方法遇到了困难。基于反馈线性化思想，研究了一种新的三通道独立设计方法，从而可用成熟的线性系统理论分别设计飞行器的三个姿态控制通道。用飞行器的真实模型进行数值仿真验证了本方法的有效性。