多片弹翼反坦克导弹动导数数值计算

为估计一种多片弹翼反坦克导弹动态气动特性,改进现有的数值模拟计算飞行器动导数的方法。采用准定常方法,利用滑移网格技术模拟飞行器定常滚转运动流场。使用减缩频率法,通过更改来流条件,模拟飞行器的非定常俯仰振荡运动。在此基础上介绍了滚转、俯仰阻尼力矩的具体计算过程。将这些方法应用于标准验证模型和一种多翼反坦克导弹的动导数计算中。计算结果表明:用这些计算方法计算飞行器的动导数,具有精度高、效率高的特点,可以被工程应用所参考。     

某鸭式布局弹箭的俯仰动导数计算与分析

为了研究鸭式布局弹箭俯仰动态特性,应用基于N-S方程求解的时空二阶精度的隐式迭代算法,结合刚性动网格技术,采用小振幅强迫俯仰振动法,对某鸭式布局弹箭的俯仰动导数数值计算进行了研究.以国际动导数Finner标模为对象进行了计算验证,计算结果与实验结果吻合良好,表明该文采用的方法具有较高的精确性,使用的计算条件是可行的.在此基础上,进一步探究了某鸭式布局弹箭俯仰动导数随初始攻角、马赫数的变化关系,结果表明,对于该鸭式布局弹箭,其俯仰动导数随攻角、马赫数的变化规律与俯仰力矩系数的变化规律基本保持一致.     

高超声速弹头俯仰动态特性数值研究

在Etkin的非定常气动力模型基础上，采用非定常Navier-Stokes方程描述高超声速导弹标模外形(HBS)的非定常强迫振动流场，引入采用Power限制器的空间三阶精度PWNND格式进行数值离散，研究HBS在不同攻角下的俯仰阻尼特性，并与实验及牛顿理论结果进行了对比；同时还研究了包括振动减缩频率、振动振幅及底部流动等因素对HBS俯仰阻尼特性的影响。     

发动机工作对高超声速飞行器动态特性的影响

针对CFD方法数值模拟非定常复杂绕流时的难点问题,对非定常流动控制方程和刚体运动方程的耦合求解、计算精度等进行了研究,实现了非定常流动控制方程与刚体运动方程的耦合计算。以类X-51A飞行器为例,对其绕质心的强迫振动进行了数值模拟,依次计算了发动机工作与不工作状态下俯仰通道的阻尼导数,初步分析了发动机工作对其动态特性的影响。结果表明,发动机工作状态飞行器的静稳定性和动稳定性均较发动机不工作状态好,尾喷管是造成差异较大的主要原因。     

有翼导弹动态气动特性数值研究

为准确预测飞行器的机动特性,故开展其动态气动特性研究.应用非结构动网格技术建立了可模拟飞行器作周期性俯仰运动的强迫振荡法.选取NACA 0012翼型为研究对象对该方法进行验证,进而计算了有翼导弹Finner在各马赫数下的静、动导数,并分析了Finner导弹在不同减缩频率下的动态气动迟滞特性.结果表明,文中方法能够有效模拟有翼导弹在不同马赫数下的动态气动特性,结果正确可靠,具有较高的工程应用价值.     

基于CFD的两栖车辆水动力导数的计算方法

通过采用标准k-ω模型,结合动网格技术,使用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术模拟两栖车辆的PMM(Planar Motion Mechanism)实验,拓展了针对两栖车辆的水动力导数的数值计算方法.研究中,对比直航试验以验证计算的有效性,并分析提取数值数据,实现了水动力导数的求取.将计算所得水动力导数与船舶经验公式值对比,分析了两栖车辆与船舶的差异对水动力导数造成的影响.     

低速旋转尾翼式弹箭气动特性数值研究

为了研究低速旋转对尾翼式弹箭气动特性的影响,采用三维非定常N-S方程并结合滑移网格技术,在小攻角和全马赫数下,对某尾翼弹在低转速状态下的绕流流场进行了数值模拟。以美国陆-海军动导数计算标模验证该文算法的有效性。结果表明该方法有较高的精确度。由不同马赫数、转速和滚转角条件下的计算结果发现:纵向气动特性(即升力、阻力、俯仰力矩)不随转速而变化,平均滚转力矩系数和转速为定比例关系,平均马格努斯力系数随转速呈非线性变化,瞬时马格努斯力系数随滚转角呈正弦变化。     

基于准定常假设的飞行器滚转动导数数值模拟

文中通过发展的基于求解N-S方程的准定常方法对飞行器动态气动特性中的滚转动导数进行数值模拟研究。对国际标模Finner导弹滚转动导数进行计算验证,并分析了滚转角速度、马赫数以及应用于该方法中的对接面的网格差异对滚转动导数的影响。研究结论表明:数值计算结果与风洞试验值吻合得比较好,规律一致,且该方法耗时少,计算量小,能比较准确快速的得到滚转动导数结果,具有一定的工程实用价值。     

CG-01高速风洞弹箭模型动稳定性导数实验系统设计

为在风洞中真实模拟弹箭飞行运动状态,提高弹箭模型动稳定性导数测量水平,在CG-01高速风洞全新研制了一套动稳定性导数实验系统。该系统包含控制子系统、数据采集子系统、数据处理子系统和中小长细比模型实验装置、大长细比模型俯仰振动实验装置、旋转弹模型实验装置3个不同的实验装置。针对中小长细比模型,采用传统强迫振动方法建立了滚转、偏航和俯仰振动的实验装置;通过尾部强迫振动方式,开发出针对小口径、大长细比模型的俯仰振动实验装置;利用电机驱动弹体旋转,研制出两自由度旋转模型实验装置。整套实验系统经过了标模风洞验证实验,结果表明：中小长细比模型动稳定性导数实验装置在不同马赫数和迎角下测量的结果具有较高的精度;与国内外实验数据和计算流体力学数据进行了对比分析,实验结果处在可接受的误差范围内。大长细比模型和旋转模型动稳定性导数实验装置具有较高的工程应用价值。     

大振幅强迫俯仰振动下的钝锥体动态特性数值研究

为研究高超声速弹道导弹外形(HBS)在大振幅条件下的动态运动特性,采用空间二阶精度的NND格式和含双时间步法的AF-ADI隐式时间方法离散非定常N-S方程,数值模拟了HBS标模以不同振幅、频率强迫俯仰运动的非定常流场.模拟得到了大振幅强迫振动HBS外形下的气动力/力矩特性以及非定常运动的流场显示,结果表明,大振幅俯仰运动条件下HBS标模的气动力/力矩具有迟滞特性,并受到俯仰振动幅度和频率的影响.     

风洞动导数俯仰振动试验装置的设计

针对动导数试验采用的自由振动法存在抗干扰能力弱,不能控制振幅和频率等缺点,采用强迫振动方法对风洞动导数俯仰振动试验装置进行设计。利用平行双曲柄机构原理,通过飞行器模型在风洞中以给定的振幅、频率完成俯仰正弦振动运动,模拟实际飞行状态测得俯仰姿态下的动导数,并通过实例进行校核验证。结果表明:该装置具有很高的强度和刚度,能更准确地模拟飞行状态,提高试验测量精度。     

水下航行体纵平面机动非定常水动力计算

非定常水动力准确计算是进行水下航行体弹道设计和机动性设计的前提。基于非定常三维不可压缩流体动力理论,建立水下航行体在纵平面内作机动运动时流体动力计算模型。利用多个动域对接的动网格技术实现航行体在纵向平面变速度平动和变角速度俯仰运动。计算结果表明,在保证网格质量的前提下,航行体的非定常流体动力可以通过计算模型获取。建模方法可以为其他类型航行体非定常流体动力的计算所借鉴,具有工程应用价值。     

火炮俯仰电液伺服系统速度非线性抑制技术研究

火炮俯仰电液伺服系统因其特殊结构存在严重的速度非线性,这一特征不但导致系统在不同角度区间等幅调转时间不同,也严重影响系统的动态跟踪性能。在剖析俯仰电液伺服系统原理基础上,建立俯仰伺服系统运动的数学模型,获取俯仰电液伺服系统的非线性运动规律,提出俯仰电液伺服系统速度非线性的抑制方法,通过引入非线性观测及非线性补偿环节,较好地抑制了俯仰电液系统的速度非线性特性,改善了系统的控制特性。仿真及样机实验结果表明：该方法具有良好的控制效果,可对位置环输出的速度主令到俯仰体旋转速度主令的非线性进行较好的抑制,实现位置环输出的速度主令到俯仰体旋转速度主令的线性化,从而显著改善火炮俯仰电液伺服系统的调转及动态跟踪性能。     

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。     

一种船舶操纵水动力导数的计算方法

以船舶操纵性预报为研究背景,针对某一民用打捞船型,基于CFD方法,借助STAR－CCM＋平台,运用RANS方程及VOF算法,对船模进行数值模拟PMM试验,考虑航行中自由液面兴波和船模姿态变化,设计了船模按纯横荡运动及某固定频率下艏摇运动的船舶操纵水动力导数求解方法,并以采用回归方程求得的结果作为依据与数值计算结果相印证,表明所求水动力导数的有效性以及求解方法的可行性。     

某大口径机枪枪管的瞬态热弹耦合动力响应分析

以某大口径机枪枪管为研究对象,建立了枪管的热弹耦合模型,使用与温度相关的材料模型,计算了枪管在高频循环动态热脉冲和动态压力脉冲共同作用下的瞬态温度响应和瞬态应力响应,分析了热脉冲与压力脉冲的耦合效应,并对拟静态计算法和动态全耦合计算法进行了比较.研究表明:热脉冲与膛压脉冲的动力响应具有表面效应,枪管内膛表面承受脉冲冲击最强,动力效应最大,动力效应沿径向向外迅速衰减;热脉冲与膛压脉冲在内膛表面耦合效应十分明显,采用动态全耦合方法进行计算更加准确.     

基于薄层单元法的弹体与引信系统螺纹连接模拟参数识别

螺纹连接是侵彻弹体与引信体连接的主要形式之一,针对现有动力学数值分析手段无法准确表征螺纹连接问题,提出利用薄层单元模拟螺纹连接的解决方案,并建立基于试验结果对薄层单元材料参数识别的方法。开展管螺纹模态试验研究,分析激励力幅值与螺纹松、紧连接状态对模态频率与频率响应曲线的影响,将薄层单元方法应用于管螺纹仿真计算中。结果表明：螺纹松连接状态相比紧连接状态受非线性因素的影响更大;激励力大小对螺纹松连接的测量结果影响更大;与节点固连建模方式进行比较,采用薄层单元仿真计算之后,模态频率最大误差从26.66%下降到1.35%.     

含运动弹头的手枪膛口射流噪声场特性

采用数值计算与试验研究相结合方法,分析某9 mm手枪膛口射流噪声场特性。基于计算流体力学与计算气动声学两步法,结合动网格技术,对含有运动弹头的手枪膛口燃气流场进行数值计算,即先采用大涡模拟方法计算膛口流场,得到声源积分面上的流体信息,再通过求解Ffowcs Williams和Hawkings声波动方程得到声源信息以及各个声监测点的声压信号,最终得到瞬态声场。为验证数值模型的可行性,将手枪试验结果与数值计算结果进行对比分析。结果表明：数值模型考虑弹头运动可以使计算结果更具准确性;数值计算所得各测点值与试验结果之间的误差均小于5%,证明了数值模型的正确性与可用性;研究结果对装有消声器的膛口噪声预测及膛口消声器的设计具有较好的参考价值。