基于CSD/CFD舵面气动力流固耦合仿真分析

空空导弹空气舵面与气动力存在流固耦合作用。采用ANSYS Workbench 14.5对空气舵面与气动力进行了流固耦合仿真分析,研究了攻角和马赫数对舵面振动位移的影响。研究表明,舵面振动位移频率受攻角和马赫数的影响较小,舵面振动位移幅值随攻角和马赫数的增大而增大,并呈非线性关系。低马赫数范围内,飞行速度的变化对舵面振动位移的影响更为明显。攻角为30°,马赫数为3时,舵面振动位移曲线更趋向于等幅振动,舵面趋向于颤振临界状态。     

战术导弹全动舵舵面缝隙效应研究

通过数值求解三维NS(Navier-Stokes)方程组,对正常式布局战术导弹超声速绕流进行了数值模拟.来流马赫数等于2.0,来流高度20 km.计算中采用三种不同大小的舵面与弹体缝隙,分别为0.005,0.015和0.025倍弹径.得到了不同攻角、不同舵偏状态的舵面气动载荷,主要研究了舵面与弹体间缝隙大小对迎风面与背风面舵面法向力系数及舵面压心位置的影响.数值计算表明,舵面缝隙变化对舵面气动特性影响很小.     

舵片修正弹丸气动特性仿真研究

为了研究舵片修正弹丸的气动特性,建立了不同舵高和舵偏修正弹丸的三维模型,利用有限元分析和动力学仿真软件对弹丸模型进行分析和仿真,得出舵片不同高度、不同舵偏的弹丸在不同攻角、不同马赫数下的气动特性和不同舵片高度和不同舵偏角弹丸的气动特性变化规律,弹丸的气动力特性随舵片高度和舵偏角的变化而变化,其中50 mm高的舵片较其他舵片对弹丸阻力以及升力的影响较大,而8°舵偏角较其他舵偏角对偏航特性的影响较大。     

旋转稳定二维修正弹鸭舵法向力计算模型研究

为了研究修正组件滚转条件下二维修正弹鸭舵的法向气动力非线性规律,建立了鸭舵坐标系,考虑弹丸攻角、舵偏角、弹丸运动和迎风区与背风区等影响因素,采用多元泰勒展开理论,建立了动态鸭舵法向力计算模型; 采用数值计算分析了不同攻角、舵偏角组合的鸭舵法向力特性,得到了不同舵偏角下鸭舵法向力随攻角的变化规律,分析了滚转条件下舵偏角和攻角对4个鸭舵法向力系数的影响规律。结果表明:鸭舵法向力计算模型的计算结果与数值计算结果吻合较好,该模型为二维修正弹的气动力计算提供了参考。     

超声速进气道起动性能影响因素研究

从影响进气道起动性能的全因素出发,建立一体化模型,研究来流马赫数、攻角、侧滑角对进气道起动性能的影响,对进气道转级过程进行了动态过程仿真。结果表明,随着来流马赫数的增大,进气道流量系数与总压恢复系数变化趋势相反,应选择合适的设计马赫数,拓宽进气道的工作包线;随着侧滑角的增大,背风侧进气道起动性能及抗反压性能下降;转级过程中,背风侧超临界裕度明显小于迎风侧,研制过程中,应按照背风侧进气道进行超临界裕度设计。     

主动引射冷却对空气舵热环境影响的试验研究

以气体引射冷却为代表的主动式热防护系统是未来先进热防护技术的重要发展方向,对于改善飞行器重要区域的热环境有广泛应用前景,研究其对于流动和热环境的影响规律具有重要意义.针对典型的平板-舵结构,在超声速激波风洞中研究了主动引射冷却系统在不同喷流条件下对于模型空间流场结构和典型区域热环境的影响规律.试验结果表明:随着引射喷流马赫数的增大,喷流形成的弓形激波逐渐增强,与平板表面的夹角逐渐增大.模型中舵尖下方平板、舵轴前平板、舵轴前舵底面、舵前端以及舵轴迎风面的降热效果显著高于附近其他区域.当引射喷流马赫数为4时,上述各区域的降热率约为70％～90％.     

空空导弹折叠舵展开过程气动载荷分析

以正常式布局空空导弹折叠舵为研究对象,开展给定飞行条件下折叠舵展开过程气动载荷风洞试验,给出了折叠舵展开过程中的气动载荷,分析了气动载荷对折叠舵展开过程的影响,并对折叠舵受载情况进行了相应的CFD仿真,从理论上解释了折叠舵受载的合理性。结果表明,在给定飞行条件下,气动载荷有助于迎风折叠舵展开;跨音速时气动载荷阻碍背风折叠舵展开,超音速时气动载荷先利于再阻碍背风折叠舵展开。     

旋转控制固定鸭舵二维弹道修正弹气动特性

为研究旋转控制固定鸭舵二维弹道修正弹的气动特性,采用风洞实验方法,对该弹气动特性随马赫数、攻角以及舵偏角的变化规律进行了研究。结果显示：在实验研究马赫数、攻角和舵偏角范围内,舵偏角增大对模型有一定增阻作用;模型升力系数随舵偏角增大而增大、随攻角呈线性变化关系;在相同马赫数和攻角下,俯仰力矩系数和滚转力矩系数随舵偏角的增大而增大。该研究结果为旋转控制固定鸭舵二维弹道修正弹的弹道设计和研究提供了参考依据。     

初始分离条件对航弹与载机分离安全性影响的数值模拟研究

为研究投放条件对航弹与载机分离安全性的影响,采用非定常计算流体力学数值模拟方法和动网格技术,同时耦合求解六自由度弹道方程,对航弹与载机的分离过程进行模拟。给出载机在不同飞行马赫数、攻角、侧滑角、飞行高度及航弹在不同初始下抛速度、角速度条件下,航弹从载机投放后的分离轨迹和姿态变化规律,研究了这些因素对分离安全性的影响。研究结果表明：初始分离过程中载机对航弹有很强的气动干扰,对航弹的气动特性、分离轨迹及弹体姿态影响很大;随着分离马赫数、投放攻角增大,载机对航弹的气动干扰增强,航弹的分离安全性变差;对于挂载于左侧机翼下的航弹,一定的负向侧滑角有利于弹体与载机安全分离;飞行高度越高,越有利于航弹与载机安全分离;一定的初始下抛速度和适当的下抛初始角速度有利于安全分离。     

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。     

遭毁伤巡航导弹气动特性风洞实验研究

通过对“战斧”多用途巡航导弹风洞实验模型的设计和不同马赫数、攻角及侧滑角下气动特性参数的测试,得到弹翼折弯角对侧向力系数、偏航力矩系数、升力系数以及前部阻力系数的影响规律.结果表明,随着弹翼折弯角的增大,侧向力系数和偏航力矩系数近似呈线性增长,这种影响随马赫数增大而增强,但对升力系数、前部阻力系数、滚转力矩系数、俯仰力矩系数等特性参数的影响并不显著.     

非对称×形折叠翼巡飞弹气动特性数值研究

为了研究非对称×形折叠翼巡飞弹的气动特性,在保证弹径、弹长、舵翼的弦长和暴露展长相同的情况下,分别开展了对称×形折叠翼气动布局与非对称×形折叠翼气动布局巡飞弹气动特性的数值模拟,对比了两者侧向力系数、滚转力矩系数、升力系数以及阻力系数,发现与×形翼气动布局相比,非对称×形折叠翼气动布局产生了侧向力与滚转力矩。进一步分析了非对称×形折叠翼气动布局产生侧向力与滚转力矩的原因。结果表明:在亚音速条件下,非对称×形折叠翼气动布局的升力系数与阻力系数随着攻角和马赫数的增大而增大; 非对称×形折叠翼气动布局由于舵翼沿着弹身是非对称布置的,导致了非对称的气动干扰,从而产生了侧向力和滚转力矩。非对称×形折叠翼气动布局的侧向力系数随着马赫数的增大而增大,随着攻角的增大呈现先增大后减小再增大的趋势,滚转力矩系数随着攻角和马赫数的变化较为复杂。     

大展弦比等剖面多段折叠翼颤振特性

对大展弦比多段折叠翼的颤振特性进行研究,使用弯扭组合梁元模拟机翼弯曲和扭转两种变形形态,结合修正的气动片条理论,得到大展弦比机翼不同折叠姿态下的颤振速度和颤振频率数据。考虑到各段机翼折叠角的变化,基于有限元理论建立包含折叠角参数的结构动力学模型,并通过模态截断将其缩减并解耦。根据Theodorsen非定常气动力理论在频域内修正弯扭组合梁元上的气动升力和俯仰力矩,并基于V-g(V为机翼与未扰空气之间的相对速度,g为人工结构阻尼)法引入人工结构阻尼,对在不同折叠状态下的多段折叠翼进行颤振计算。研究结果表明：机翼结构的固有频率会随着折叠角的变化呈现非线性增长形态,而颤振速度和颤振频率随折叠角的变化规律基本相同,且外侧机翼折叠角的存在可有效提高机翼的颤振速度;当固定最外侧段机翼的折叠角时,机翼段数的增加对颤振速度的影响不明显。     

高速箭弹滚转气动特性

为提高尾翼弹射击精度,对高速箭弹滚转气动特性进行研究。建立火箭弹简化模型,对不同翼片斜置角 的火箭弹进行数值模拟,采用有限体积法对空间进行离散,通过多参考系模型模拟火箭弹的定常旋转,得出火箭弹 的滚转阻尼力矩导数和平衡转速,并分别对有、无旋转条件下的气动特性进行分析。计算结果表明：火箭弹升力系 数随攻角的增大而增大,随翼片斜置角的增大变化不大;滚转阻尼力矩导数在高空时会骤减,平衡转速随着马赫数 的增大而增大。     

筒射串翼无人机展开动力学分析

对折叠串翼无人机发射展开过程的动力学分析是无人机总体设计和展开机构设计的关键。基于Newton-Euler方法建立描述串翼无人机展开的多刚体动力学模型。基于嵌套动网格方法计算机翼展开过程中的非定常气动特性,并与稳态气动参数进行比较。结合展开过程的气动特性变化和多刚体动力学模型,分析机翼展开速度和展开顺序对发射展开段弹道扰动的影响。仿真结果表明：机翼展开速度过快或者过慢都会对展开段弹道有较大扰动,当展开速度过快时惯性力起主要作用,当展开速度较慢时气动变化起主要作用;同时,前翼先展开、后翼后展开不利于初始发射段弹道的稳定,而前翼后展开、后翼先展开有利于初始发射段弹道的稳定;采用前后机翼同时展开且展开时间为0.20 s的展开方式能够满足尽量减小对弹道的扰动要求。     

基于CFD的WCMD增程设计及弹道仿真

以美国某WCMD为背景进行滑翔增程设计,以使其达到防区外打击的目的。文中借助商业CFD软件FLUENT获得了加装滑翔翼后WCMD在不同马赫数、不同攻角以及不同舵偏下的气动力系数和力矩系数;将计算所得的气动数据进行力矩配平处理后,进行了加装滑翔翼后WCMD的三自由度弹道仿真,结果表明文中所设计的滑翔翼能使WCMD达到防区外打击的目标,且对其它飞行器的滑翔增程设计有一定的参考价值。     

无翼式布局制导火箭弹俯仰操纵气动特性

为了研究某无翼式布局制导火箭弹进行俯仰操纵时非线性气动特性对弹箭操纵性的影响,通过模型风洞试验和数值计算相结合的方法,分析了不同马赫数、舵偏角和攻角等因素对该火箭弹气动特性的影响。对模型进行超声速风洞试验,试验结果表明,俯仰操纵负舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先增大后减小,正舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先减小后增大。采用ANSYS FLUENT对不同工况下该弹气动特性进行数值计算,计算结果表明,得到的俯仰力矩与风洞实验结果吻合较好,最大误差仅为4.6%。各部件气动特性分析结果表明:弹身的压心在负舵偏角时前移,正舵偏角时后移; 上尾舵受弹身干扰影响法向力效率降低; 负舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角减小,正舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角增大; 各部件共同作用下弹箭气动特性呈非线性。     

跨速域大后掠角近距耦合翼气动干扰特性

为研究亚声速、跨声速、超声速及高超声速跨速域条件下,某正常式布局飞行器的大后掠角前翼对尾翼气动特性的影响和机理,通过有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes方程,并采用Spalart-Allmaras湍流模型对具有大后掠角近距耦合翼的飞行器绕流场进行数值模拟。计算得出受前翼气动干扰影响时尾翼的升力系数、阻力系数随马赫数和攻角的变化规律,且根据尾翼表面压力系数分布规律和周围流场结构,分析前翼对尾翼的气动干扰机理。研究结果表明：在亚声速、跨声速条件下,大后掠角前翼产生的后脱涡会影响尾翼周围的流场,尤其是尾翼前缘的绕流场,使尾翼上下表面的压力差减小,尾翼的升力和阻力系数均减小;攻角越大,前翼产生的涡流强度越大,前翼对尾翼的下洗作用越强,尾翼的升力系数和阻力系数的减小量越大;随着马赫数的增大,前翼后脱涡逐渐变弱,前翼对尾翼的干扰影响也逐渐减弱。     

基于Fluent的末制导炮弹初始段气动仿真

利用商业CFD软件Fluent对某型末制导炮弹在不同攻角、不同飞行马赫数的气动力进行计算，得出该型激光末制导炮弹升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随飞行马赫数和攻角的变化规律，并对结果进行了分析。     

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。