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。     

带微型扰流片旋转稳定弹外弹道建模与仿真

为发展修正能力更强的有控旋转稳定弹,研究了一类带有微型扰流片控制机构的旋转稳定弹。分析了该类有控弹的控制原理,针对其动力学建模问题,考虑气动非对称,建立了带扰流片旋转稳定弹的控制力和控制力矩数学模型。根据六自由度弹道模型,仿真分析了扰流片外露高度和弹丸射角、初速及启控时间对速度、弹丸稳定性和修正能力的影响。结果表明:扰流片外露高度越高,修正能力越强,但速度降越明显,攻角振荡幅度和稳态值越大,稳定性越差; 速度从亚音速向超音速变化时,修正能力先减小后增大。     

固定鸭舵双旋火箭弹超声速侧向气动特性

为研究加装了固定鸭舵修正组件的双旋火箭弹的气动特性,采用ANSYS Fluent软件计算弹体周围流场,采用滑移网格方法模拟弹箭旋转运动,在验证数值方法的基础上,对超声速下无鸭舵、鸭舵修正组件不旋和鸭舵修正组件反旋3种状态的双旋火箭弹进行数值模拟,重点分析了鸭舵修正组件对全弹和部件侧向力的影响。计算结果表明:加装鸭舵修正组件后,全弹阻力系数和法向力系数增加,侧向力系数随攻角大幅增加; 弹体侧向力受鸭舵的影响最大,也是全弹侧向力的主要组成部分,尾翼次之,修正组件产生的侧向力最小; 加装修正组件后,鸭舵尾涡与弹体体涡相互干扰是弹体和尾翼侧向力增加的主要原因。     

一种异形卷弧翼弹气动特性的数值模拟

采用CFD方法计算了一种异形卷弧翼弹的气动特性，得出了轴向力系数、法向力系数、横向力系数、滚动力矩系数、偏航力矩系数和俯仰力矩系数曲线，所计算的系数可以用于弹的外形结构设计和弹道仿真。     

带扰流片旋转稳定弹动态稳定性

为发展一种新型弹道修正弹,以带扰流片旋转稳定弹为研究对象对其进行动态稳定性分析。推导带扰流片旋转稳定弹的动力学模型并简化得到其非齐次角运动方程,求得攻角在阶跃激励下的瞬态响应和稳态响应解析解。根据非线性角运动方程分析旋转弹结构参数、飞行参数和气动参数对系统分岔特性及稳定性的影响,通过数值计算分析带扰流片旋转稳定弹的修正能力。结果表明：求得的攻角解析解具有较高的精度;气动参数对动力学系统平衡点的稳定域影响较大;扰流片的控制效率很高。研究结果为带扰流片旋转稳定弹的结构参数设计提供了参考。     

带扰流片旋转稳定弹制导律研究

针对带扰流片旋转稳定弹转速很高造成运动响应方向与控制力作用方向存在偏差,导致制导方法设计困难的问题,为发展适用于带扰流片旋转稳定弹的制导方法,提出了一种基于速度追踪和参数优化的制导律。根据带扰流片旋转稳定弹的六自由度弹道模型,仿真分析了在制导律作用下弹丸的弹道特性和命中精度。仿真结果表明:所设计的制导律能够导引弹丸命中目标,满足控制精度要求,可有效减小干扰条件下的落点散布,提高射击密集度,且控制过程中扰流片方位角变化平缓,易于实现。     

高速旋转条件下的弹丸气动特性研究

为了能定量揭示弹丸旋转对马格努斯效应的影响,数值模拟了旋转弹丸在不同来流与转速条件下的流场分布,分析了马格努斯现象的产生机理,以及通过弹体表面压力分布分析了旋转对各气动力的影响,得知旋转对升阻力影响很小,可忽略不计; 得到了攻角、马赫数以及转速变化时马格努斯效应对弹丸表面压力分布的影响。结果表明,弹尾部是影响马格努斯效应的主要部位,小攻角情况下马格努斯力及力矩系数随攻角及转速呈线性变化,而随马赫数增大,旋转效应对弹丸影响越来越小。提出并验证了适用于小攻角、超声速情况下马格努斯力及力矩系数的经验公式,可为相关旋转弹丸的改进与设计提供指导。     

带微型扰流片的尾翼弹飞行弹道仿真

为了研究微型扰流片的控制机理及控制效果,以某带微型扰流片的尾翼弹为研究对象,从动力学角度分析微型扰流片动作对尾翼弹飞行弹道的影响,建立了该类弹箭的六自由度飞行动力学模型并进行了飞行弹道数值仿真;不同速度条件下扰流片对弹箭侧偏和射程的修正结果表明：在弹箭飞行过程中某一个时刻启动微型扰流片后,弹箭的飞行姿态可以发生较大的变化,从而改变其飞行轨迹,达到弹道修正的目的。     

网格翼-一种导弹稳定和控制新概念

对两种结构的网格翼的气动特性进行了试验分析，弹翼安装于由３倍弹径长的尖拱形头部和７．４倍弹径长的圆柱段组成的旋转弹身上。一台主天平和四台翼天平分别用来测量整个模型和每片翼的载荷，在测试中，翼偏转０°～１５°。马赫数范围变化从０．５～３．５，测试了每片翼的法向力，铰链力矩和根部弯曲力矩系数。结果表明，和同样尺寸的平板翼相比，网格翼铰链力矩系数极小，法向力和根部弯曲力矩和平板翼的差不多，并且网格翼的轴向力比升力相似的平板翼大。     

具有瓦片翼的旋转子弹气动特性数值研究

为了预估具有瓦片翼的旋转子弹气动特性,文中采用求解准定常流场的方法,对其进行数值模拟,结果表明:不旋转状态下数值模拟的结果与实验值一致性较好,高阻力、低升力的特点与常规弹箭正好相反,但是法向力特性与常规弹箭一致;旋转状态下低转速时法向力和静态参数类似,但高转速时法向力出现了反号,转速对俯仰力矩的影响也不同;提出旋转状态的气动参数mCNz不能判定静稳定性,并采用火箭外弹道学对导弹稳定性的判定准则对旋转子弹动稳定性进行了分析.     

基于改进粒子群算法的旋转弹气动系数快速辨识

为了准确、快速地辨识旋转弹主要气动系数,建立了一个基于改进粒子群算法的气动系数快速辨识模型。该辨识模型以四自由度修正质点弹道模型为基础,以最小标准欧几里德距离为辨识准则,利用弹丸自由飞行试验测得的速度和转速数据,可同时辨识出弹丸的零升阻力系数、升力系数导数、极阻尼力矩系数导数以及马格努斯力系数导数。利用某155 mm旋转弹仿真所得的弹道数据对提出的气动辨识模型进行验证。结果表明:与气动系数理论值相比,零升阻力系数、升力系数导数与极阻尼力矩系数辨识值的平均相对误差较小,当马赫数在0.8～1.25范围内马格努斯力系数导数相对误差约为30%～50%,但马赫数在1.25～2.7范围内其误差较大; 根据气动系数辨识值计算出的弹道数据与仿真弹道数据相比,射程在26 km时相差约为8 m,速度变化完全一致; 相比于标准粒子群算法,提出的改进粒子群算法具有更快的收敛速度。     

固定鸭舵修正弹非线性与非定常气动数值模拟

为准确获得某固定鸭舵修正弹的气动特性,利用CFD数值计算方法对该弹的流场进行数值模拟,采用密度基隐格式与滑移网格技术,计算弹丸在静态、转动和慢圆运动下各项力和力矩的气动系数。仿真结果表明:该弹的升力系数与俯仰力矩系数的非线性气动特性与一般旋转稳定弹不同,俯仰力矩系数非线性项在亚声速区域为正值,超声速区域为负值; 该弹修正组件所受导转力矩系数在跨声速段随攻角的变化较为剧烈,在非跨声速段的变化较为平缓; 全弹的升力和俯仰力矩与修正组件滚转角、全弹进动角和进动速率都有关。     

小长细比制导火箭提高操纵性气动布局研究

为了在保证小长细比火箭具有静稳定性的同时进一步提高操纵性,平衡静稳定度与操纵性的矛盾,在原有弹箭模型基础上加装反安定面后对2种模型进行数值仿真,分析了反安定面对全弹流场以及气动特性的影响。各部件气动分析结果表明:全弹法向力系数提高了2%～3%,静稳定度下降,压心向质心靠近; 全弹法向力使得法向过载提高,全弹机动性得到提高。加装反安定面之后使弹头部法向力提高,在一定攻角范围内上尾舵受洗流干扰严重,使上尾舵法向力效率有所降低,尾部升力减小,降低了静稳定度,两部分同时作用使全弹操纵性显著提高。     

基于减旋控制的侧向弹道修正技术

为了对旋转稳定炮弹的侧向弹道进行修正,实现低成本的二维弹道修正,阐述了旋转稳定炮弹通过减旋控制减小方向偏差的修正原理;根据旋转稳定炮弹的飞行稳定性条件,推导出方向修正时修正弹的最低转速要求;建立了组合式二维弹道修正弹的飞行弹道数学模型,对修正弹的转速、方向动力平衡角、飞行稳定性和最大方向修正能力等进行了数值计算.结果表明,采用减旋控制方式可以调节弹道方向偏差,方向修正控制后修正弹的转速应高于其最低转速要求.研究结果对简易二维弹道修正技术研究有较好的参考作用.     

基于弹载地磁测试的高速旋转稳定弹锥形运动分析

为了研究高速旋转稳定弹丸在飞行过程中的锥形运动规律,采用弹载地磁姿态测试方法,通过分析当地地磁矢量、弹丸速度矢量及弹轴地磁测试分量间的角度关系,构建高速旋转弹丸角运动规律及参数的测试模型。给出弹载地磁测试的试验方法,构建测试平台及相应的标定与校正设备,通过试验测试获得了地磁测试数据,完成了地磁测试数据的信号滤波与姿态解算,得到弹丸锥形运动的轨迹曲线。结合弹丸角运动模型对测试弹丸的角运动过程测试结果进行分析,进一步分解得到了弹丸进动、章动运动规律。分析结果表明弹载地磁测试与弹丸角运动模型可以相互支撑,能准确揭示高速旋转弹锥形运动的规律。     

旋转稳定弹丸非线性角运动吸引域计算方法

为计算旋转稳定弹丸的非线性角运动吸引域，建立了包含几何非线性和气动非线性的弹丸角运动方程。通过分析角运动方程原点及其周围平衡点的性质，将原点分为非唯一稳定平衡点和唯一稳定平衡点两种情况。针对原点为非唯一稳定平衡点情况，根据对称性得到原点的吸引域；针对原点为唯一稳定平衡点情况，通过计算原点处次临界Hopf分岔极限环半径得到其吸引域。以某型155 mm榴弹为例进行仿真验证和分析计算，结果表明：所采用方法能够准确计算原点周围不稳定的极限环，且该极限环就是原点吸引域的边界；马格努斯力矩三次项系数是影响原点吸引域大小的主要因素；在超音速范围内，随弹丸初速增加，原点吸引域先减小、后增大；空气密度越大，原点吸引域越小；移动平台发射的旋转稳定弹丸运动失稳也是由吸引域的影响造成的。