舱门对内埋武器分离特性影响分析

为了研究是否考虑舱门及舱门不同开启姿态对内埋武器分离特性的影响,利用基于Menter剪应力输运k-ω湍流模型的分离涡模拟方法,结合6自由度刚体动力学方程和重叠网格技术,对超声速来流条件下某一简化内埋弹舱-舱门-弹体模型的三维流场进行了非定常计算,得到了不同条件下的弹体下落轨迹。结果表明：超声速来流条件下,流场中存在激波相交、激波剪切层反射等复杂流动现象,考虑舱门影响会使流场波系结构发生变化,弹体下落轨迹随之改变;弹体抬头角由0.5°增加到6.5°,弹体右偏航角由0.3°增加到2.5°,下落后期弹体下落速度增速减缓;舱门不同开启姿态对弹体竖直方向位移及俯仰运动影响较小,但会对弹体偏航产生较大影响;尽可能使舱门远离弹体可以有效地降低舱门对弹体偏航的影响,减小偏航角度,提高武器分离品质。     

超音速带弹武器舱气动特性数值研究

采用大涡模拟(LES)和计算声学FW-H 方程相结合的方法,研究了带弹武器舱在超音速条件下的气动特性,建立了计算模型并验证了网格的可靠性。计算结果表明:带弹武器舱的流场由于导弹的分隔而形成3 个独立旋涡,静压系数沿流向总体呈先减小后增大分布;流场噪声声压级比空腔流场低5 ~6 dB,最大声压级出现在弹舱后壁面两侧区域,声压级峰值频率小于200 Hz;流场噪声产生于舱口剪切层的自持振荡,在导弹头部和弹舱后壁面之间区域存在“ 脱落涡-声波-反射声波-新脱落涡冶的循环。研究结果对建立适用于超音速带弹武器舱的流场控制方法有参考意义。     

尾缘控制措施对开式空腔噪声抑制效果研究

利用基于Menter SST k-ω湍流模型的改进延迟分离涡模拟方法,对开式空腔气动声学特性进行了数值模拟研究,在腔体尾缘采用后壁开孔板加耗能腔的方法进行流动控制。分别研究了在亚声速和超声速来流条件下,所选取的控制措施对气动噪声的抑制效果;利用数值纹影方法等流场分析技术对开式空腔气动噪声的控制机理进行了分析。研究结果表明：亚声速来流条件下,耗能腔尺寸的选择对噪声抑制效果存在较大影响,若耗能腔尺寸过小,不但无法有效抑制腔体内气动噪声反而会使噪声水平大幅升高,最高升幅达12 dB;耗能腔尺寸增加后,腔体内噪声得到抑制,噪声降低幅度随着耗能腔尺寸的增加而增大。超声速来流条件下,所选用的控制措施可以有效地抑制腔体内气动噪声水平,开式空腔内自持振荡循环被终止,各阶模态频率的纯音噪声消失,噪声最高降幅达到23 dB.     

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。     

俯仰振荡对细长旋成体非对称流场主动控制的DES数值模拟

为研究细长体背风面非对称分离涡在俯仰振荡中的变化,选取2种典型细长体非对称流态的初始迎角,在固定振幅和频率的情况下,利用脱体涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)方法对处于非对称流场下的细长旋成体进行数值模拟.计算结果表明,俯仰振荡对细长体背风面流态有巨大的影响,对非对称分离涡有明显的控制作用,在大迎角非对称涡系未破裂以及特大迎角非对称涡系依次破裂的情况下,俯仰振荡都可以改变流场结构,抑制流场的非对称性,使分离涡趋于对称.     

后缘射流对跨音速翼型激波振荡影响的数值模拟

跨音速翼型上激波与附面层相互干扰会导致激波在翼型上前后振荡,从而有可能引起机翼抖振。要对激波振荡进行控制主要应通过改变激波附面层相互作用区域的流动和后缘处尾流的流动来实现。通过数值方法模拟后缘射流对尾流流动的改变以及对跨音速翼型上激波振荡的影响。计算了不同射流速度下相对厚度为18%的双圆弧翼型绕流场,分析了后缘射流对激波振荡及翼型气动特性的影响。结果表明后缘射流对激波振荡有抑制作用,同时对翼型气动特性有一定改进作用。     

分离涡模拟和非线性声学方法求解腔体气动噪声对比分析

超声速条件下内埋式弹舱通常存在明显的自持振荡现象并产生强烈的气动噪声。分别利用分离涡模拟(DES)方法和求解非线性脉动方程组的非线性声学方法,对来流马赫数为2.0条件下,长度与深度比为5.88的开式空腔进行了数值模拟。计算结果表明,非线性声学方法得到的各模态声压级量级与实验结果符合较好,而DES方法得到的结果偏小,幅值在5 dB左右;DES方法求得的各模态频率与实验吻合较好,而非线性声学方法求得的频率有一定偏差。产生这些差别的原因是DES方法能较为准确地捕捉噪声源,而非线性声学方法由于耗散小而能较好地模拟噪声传播过程。从两种方法所需的计算资源对比表明：DES方法要求较密的网格和较小的时间步,需要耗费较多的计算资源;非线性声学方法采用人工合成湍流的方法来模拟小尺度脉动,可以选择较粗的网格和较大的时间步从而节约计算资源。     

再入式飞行器不同绕流状态的底部流动特征

再入式飞行器在不同雷诺数条件下会出现层流、转捩以及湍流流动状态,采用大涡模拟方法细致地刻画了类神舟返回舱外形不同绕流状态下的底部流动形态以及稳定性特征,从肩部剪切失稳、底部分离失稳、尾迹发展区以及远尾迹区的耦合失稳等多个角度分析了其底部流动特征的异同.结果表明:不同绕流状态下类神舟返回舱外形的底部流动特征存在明显差异.在低雷诺数条件下类神舟返回舱外形绕流基本为层流状态,其肩部剪切层失稳较晚,底部分离区较大,尾迹区域类卡门涡街的振荡幅值较小;在高雷诺数条件下类神舟返回舱外形绕流存在转捩和湍流行为,其肩部剪切层失稳迅速,底部分离区较小,尾迹区域类卡门涡街的振荡幅值较大;低和高雷诺数条件对肩部剪切失稳模式存在明显影响,对底部流动结构失稳模式影响较小.     

FL-24 风洞武器舱舱门动态试验装置

针对先进作战飞机发射或投放武器后,武器舱舱门的高速运动将对周围流场产生强烈干扰的问题,在FL-24风洞中建立了舱门开闭动态模拟试验装置。介绍试验装置的构成,利用舱门和舱内布置的动态及静态压力传感器对如舱门动态载荷特性、舱内气动噪声特性、以及St数变化影响等进行研究,并通过预先分析运动历程,估算驱动舱门所需力矩和电机功率,进行机电系统优化设计,反复调试控制程序,达到舱门转动高速响应、精确定位的目的。试验结果表明:试验装置设计合理,运行可靠,舱门最短开/闭时间约为0.15 s,能够准确模拟舱门高速开闭历程,并可拓展到其他多项试验研究。     

内埋弹舱弹射冲击载荷特性研究

内埋弹舱采用弹射方式投放武器,在弹射瞬间会对上部隔框、进气道等结构产生很大的冲击载荷,需要准确计算内埋弹舱的弹射冲击载荷以供结构设计使用。建立导弹弹射机构动力学模型,通过对舱体结构挂点处分别进行刚性或柔性化处理,得到挂点连接形式对冲击载荷的影响;研究了不同类型作动筒输出的作动力形式和峰值与冲击载荷特性之间关系,分析了弹射架改型设计后挂弹质量对冲击载荷特性的影响。研究结果表明,柔性化连接形式可正确描述冲击载荷的传递过程,且峰值前置的作动力形式提供了更好的弹射效果,挂弹质量与作动力峰值之间关系可指导改型弹射系统的任务包线。     

舵面形状对铰链力矩的影响分析

为研究舵面形状对铰链力矩的影响,运用CFD技术模拟某无翼式布局弹箭在不同马赫数下的尾舵受力分布情况,分别对尾舵前缘根弦、后缘梢弦与后缘根弦进行小面积的裁剪,得到三组弹身-尾舵组合体,分别对各组合体进行数值模拟,得到各组合体在不同马赫数下的舵面压心、铰链力矩以及全弹气动特性系数。结果表明,裁剪尾舵前缘使舵面压心更分散; 裁剪尾舵后缘使舵面压心更集中,有利于铰链轴的设计,可有效减小铰链力矩; 裁剪尾舵对全弹的气动特性有微小的影响。     

弹性尾缘对超空泡航行体空泡形态与压力脉动特性影响的水洞试验研究

为分析弹性尾缘对超空泡航行体水动力特性的影响,设计一种带有可变刚度弹性尾缘的航行体模型。通过水洞试验研究了弹性尾缘航行体模型在不同压差系数、不同通气率下的空泡形态与压力脉动。试验中采用工业摄像机采集尾缘形态与流场结构,同时利用动态测试系统采集弹性尾缘区域特征点的压力脉动信息。通过空泡形态变化与特征点压力脉动变化对比分析,得到如下结论：弹性尾缘的变形随压差系数的增加而增大,当变形后的弹性尾缘直径达到航行体主体直径的1.35倍时,弹性尾缘对空泡形态有明显的影响,空泡闭合点前移至尾缘前方,尾缘后方的模型表面进入沾湿状态且压力增大;变形继续增加后,弹性尾缘后方形成了剧烈波动的尾空泡并导致沾湿面积减少,模型表面压力减小。     

新一代反坦克导弹武器信息化设计

为了提高信息化战争中反坦克导弹武器系统的设计水平,提出了一种间瞄反坦克导弹武器系统信息化设计方法,以信息化设计的目的、设计准则为依据,给出了反坦克导弹武器系统信息化设计流程,从8个方面详细论述了反坦克导弹武器系统信息化设计的内容。仿真结果表明:该设计评估周期短,设计流程清晰、合理、反应迅速、抗毁性强。     

基于DoDAF 的舰载弹炮结合防空武器系统模型

针对现代海战中点防御舰空导弹和小口径舰炮难以独立完成预定作战任务的问题,构建一种基于DoDAF的舰载弹炮结合防空武器系统模型。分析了舰载弹炮结合防空武器系统设计步骤,结合军事需求、作战流程构建了部分作战模型,并阐述了舰载弹炮结合防空武器系统在水面舰艇末端防御作战中的活动过程。目的是推动舰载弹炮结合防空武器系统顶层设计和风险控制提供技术支撑。     

旋转尾翼鸭式布局导弹数值模拟

通过数值方法求解三维非定常N-S方程组,对旋转尾翼鸭式布局导弹绕流流场进行了数值模拟。研究了时间步长、旋转角速度对导弹气动特性的影响,并比较了与准定常计算结果的差异,重点分析了尾翼旋转的滚转控制特性。数值计算结果表明:尾翼旋转对纵向气动特性影响较小,对横向气动特性影响较大,滚转力矩随转速的增大而增大;尾翼旋转可以有效提高鸭式布局导弹的滚转控制能力。     

两种弹射方案对旋转发射架的振动影响分析

美国与俄罗斯战略轰炸机内部弹舱能够挂载旋转发射架,以旋转供弹方式发射巡航导弹.如战略轰炸机内部弹舱能挂载和投放炸弹,巡航导弹一般采取外挂式发射.这种发射方式气动阻力大,不利于飞机隐身.为国产轰炸机弹舱设计一种适用的旋转发射架,制定一种新式的投弹方案,不同于美俄主流轰炸机投弹的方式.分析两种投弹顺序下旋转发射架的振动情况.分析结果表明:投弹时保证剩余挂弹对称可减小旋转发射架的离心振动,更适合在国产轰炸机上应用.     

全附体潜航器螺旋桨桨叶损伤故障辨识机理

全附体潜航器智能故障诊断需要以完善的故障数据集为基础,而有些工况下典型故障数据很难获得,可通过数值仿真得到。基于流体基本原理,求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和湍流封闭方程,获得均匀来流条件下桨叶损伤对全附体潜航器扰动流场与力矩波动的影响。结合场强分析归纳出桨叶损伤特征与其流场演化、流体动力学特征之间的耦合作用机理。结果表明：相对于黏性力压差力的影响起主导作用,压力矩的波动可以分为低频大幅度振荡和高频小幅度振荡,前者频率取决于尾涡脱体频率,后者频率则与螺旋桨转动频率一致;桨叶推力的偏心位置决定了压力矩系数平衡线相对零位置的偏移量,而俯仰和偏航力矩的相位差则反映了桨叶的对称性,相位差越小、桨叶的对称性越强;结合黏性力矩的变化,可以推测出桨叶损伤类型;所得研究成果可为下一阶段实现潜航器姿态的在线监控以及智能故障诊断奠定理论基础。