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。     

旋转尾翼弹马格努斯效应数值模拟

为研究低速旋转尾翼稳定弹箭的马格努斯效应,采用滑移网格技术,在超声速条件下对某低旋尾翼弹开展了气动数值模拟。对弹箭绕弹轴自旋的流场进行非定常计算,获得了该弹箭的气动系数;对马格努斯效应在不同工况下的变化规律进行了理论分析,讨论了不同因素对马格努斯效应产生的影响。结果表明,相同转速下,旋转尾翼弹的马格努斯效应随攻角增加而增大,且在40°~60°攻角范围内达到峰值;对于相同攻角,马格努斯力和力矩系数在较大转速下呈线性增加趋势。     

弹箭非线性角运动稳定性Hopf分岔分析

为了分析弹箭的角运动稳定性,推导了弹箭的非线性角运动方程组,给出弹箭的非线性角运动Hopf分岔分析方法。以某型火箭弹高原试验为例,选取空气密度作为分岔参数,采用霍尔维茨判据判断了系统的稳定性,并确定了分岔点。由中心流形定理对系统进行降维,计算了Hopf分岔的3阶规范形,并作出了系统的分岔图,分析了分岔参数对极限环摆幅的影响。进行了仿真验证,结果表明,采用分岔分析方法能准确判断系统的稳定性及分析系统的极限环运动。     

弹箭运动作为时变系统动态稳定性判据

本文考虑无控火箭、炮弹扰动运动微分方程的联解性,并将其分成参数缓变和普变两种情况,导出了无控火箭、炮弹飞行运动作为时变系统的动态稳定性判据。     

非线性力矩作用下气动偏心弹丸强迫圆锥运动稳定性条件

为了指导无伞末敏弹等气动非对称弹丸的结构设计和气动设计,建立了气动偏心弹丸在三次方非线性静力矩和二次方非线性赤道阻尼力矩作用下的攻角方程,运用平均法求解了方程的近似解析解及其线性变分方程。在此基础上,根据Hurwitz判别准则,得到了气动偏心弹丸做强迫圆锥运动的渐近稳定条件,分析了该条件的物理意义,并应用数值计算算例对该条件进行了验证。结果表明,当自转角速度和气动偏心角满足一定的约束条件时,三次方非线性静力矩和二次方非线性赤道阻尼力矩作用下的弹丸可以实现固定攻角的稳定强迫圆锥运动。     

弹箭非线性角运动周期解稳定性分析

为了分析和计算弹箭非线性角运动周期解的稳定性,推导了弹箭的非线性角运动方程组。以某型火箭弹高原试验为例,计算了立方马格努斯力矩系数取不同值时的角运动相图和庞加莱截面图; 通过Poincare映射计算了线性马格努斯力矩系数作为分岔参数时的分岔图; 利用推广的打靶法计算了角运动周期解的幅值和周期,结合Floquet理论分析了周期解的稳定性。结果表明,在高空低密度的情况下,考虑非线性马格努斯力矩系数后,当马格努斯力矩系数达到一定范围时,火箭弹角运动由零平衡位置分岔出稳定的周期运动。     

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...     

异型弹芯飞行稳定性判据

传统大长细比圆截面杆式弹在超高速发射时的膛内强度和飞行挠度问题始终是困扰人们的技术难题.异型截面弹芯以其具有很好的超高速发射强度和较强的终点毁伤性能等优点,而日益受到人们关注,文中根据异型弹芯的特点,建立其空中刚性运动数学方程,并详细推导了其攻角方程,得出飞行稳定性判据,同时分析其与一般炮弹稳定判据的异同,为异型弹芯杆式弹的设计及其特性分析提供了理论依据.     

单通道控制旋转弹角运动的复分析方法

针对单通道控制旋转弹存在气动力不对称,无法直接采用解析方法分析其锥形运动稳定性的不足,研究了其角运动模型和角运动复分析方法.通过在系统矩阵的不对称气动力项中引入比例因子,构建了单对称μ系数模型和对应的复攻角运动模型,并利用复分析方法对无舵偏、固定舵偏及正弦式舵偏情况下的角运动特性进行解析求解.对比分析单通道控制旋转弹的...     

弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下运动规律研究

本文详细分析了弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下所受的力及力矩，推导并获得了各力及力矩的表达式，在此基础上建立了弹箭在直升机旋翼下洗流场作用下的数理模型。通过数值仿真获得了弹箭在该下洗流场作用下的运动规律以及部分参数对弹箭运动的影响规律。研究结果为弹箭的弹道控制与修改提供了依据，具有重要意义。     

火箭弹锥形运动稳定性分析

根据滚转火箭弹的动力学方程,给出了在弹体坐标系下无控低速滚转火箭弹在被动飞行段的锥形运动方程组。对方程进行线性化,采用里雅谱诺夫一级近似方法,得出其系统稳定性方程。由Hurwitz判别准则,找出,删向力矩对系统稳定性的影响。结合实际算例验证侧向力矩对火箭弹锥形运动的影响并通过仿真得到临界转速和临界锥角。     

弹丸锥形运动对半捷联稳定平台稳定性的影响分析

为解决弹丸锥形运动的存在导致半捷联稳定平台摆动角速率增大的问题,对带动稳定平台发生摆动的轴承摩擦力矩变化规律进行分析。以SKF轴承摩擦力矩计算模型为基础,用龙格库 塔法对弹丸锥形运动情况下的轴承摩擦力矩进行仿真,结合文献［1］分析的稳定平台工作原理得到锥形运动情况下半捷联稳定平台摆动角速率的理论值。为了对理论分析验证,进行了地面半物理试验,将试验数据与理论仿真数据的频谱分析结果对比,发现二者都存在频率与幅值相一致的高低频段角速率,且低频角速率的频率恒定,高频角速率的频率与弹丸滚转角速率的频率一致。从而说明半捷联稳定平台摆动角速率的增加是由于弹丸锥形运动导致稳定平台俯仰角以及轴承所受压力发生变化,引起轴承摩擦力矩随弹丸滚转角速率同频变化,最终使稳定平台叠加高频角速率所致。     

Stability of Motion for Generalized Birkhoffian Systems

The problem on the stability of motion for a generalized Birkhoffian system was studied. The disturbed equations of motion and their first approximation for the system were established. The criterion of stability of motion for the system was set up by using Liapunov’s first approximation theory. Based on the theory of Noether symmetry,the Liapunov’s function was constructed,and the criterion of stability of motion for the system was also set up by using Liapunov’s direct method. Two examples were given to illustrate the application of the results.     

恰普雷金系统相对运动的稳定性

研究了恰普雷金非完整系统相对运动的稳定性。建立了恰普雷金系统相对运动的2种形式的受扰运动微分方程;给出了系统的能量变化方程,并基于能量变化方程构建李雅普诺夫函数;得到了恰普雷金非完整系统相对运动的一个稳定性判据。基于李雅普诺夫一次近似稳定性理论,研究了恰普雷金非完整系统相对运动的一次近似的稳定性。文末举例说明结果的应用。     

火箭弹发射试验锥形运动稳定性分析

由于舵翼面安装误差、发动机推力偏心及各种随机扰动的综合影响,火箭弹有可能出现较大幅度并发散的锥形运动导致试验失败.文中通过锥形运动的机理分析,提出当纵横向运动频率接近或交叉且弹体振荡幅度较大时才会出现锥形运动发散.仿真结果表明,通过火箭弹纵横向运动频率及振荡幅度的数学仿真,可给出舵翼面安装误差及发动机推力偏心的控制要求.     

旋转降落伞系统角运动及稳定性分析

基于经典弹道方程,建立了旋转伞系统的复偏角方程和复摆动方程,研究了旋转伞系统在小扰动下的角运动规律。在此基础上,给出旋转伞系统角运动的扰动方程,分析了伞系统主要参数——阻力系数、导旋力矩系数、伞特征长度及载物质量等对运动稳定性的影响。结果表明:旋转伞系统的运动稳定性优于非旋转伞系统; 旋转伞系统的运动稳定性与转速、伞特征长度、载物质量等参数密切相关。研究结果可为旋转伞系统的设计和应用提供参考。     

尖头刚性钨弹贯穿铝合金靶的数值模拟分析

对具有圆锥形头部的刚性杆式钨弹侵彻和贯穿薄铝靶板进行了有限元数值模拟分析。弹和靶采用两种尺寸:第一种尺寸与实验的弹和靶尺寸相同;第二种尺寸考虑了弹头部锥角的微小变化对其贯穿靶的影响。同时,计及了弹和靶之间的摩擦效应。通过数值模拟,获得了弹体贯穿靶后剩余速度、弹的速度时程曲线和弹头部锥角的变化对其贯穿靶威力的影响。计算结果表明,在同样条件下,弹贯穿靶后剩余速度与已有的结果相吻合,说明本文计算模型是有效和精确的。弹和靶之间的摩擦将降低弹的剩余速度。并且,弹的锥角变小,其侵彻、贯穿靶的威力将有所提高。