预置舵角下超空泡航行体运动过程弹道特性研究

为研究超空泡航行体在水平面机动转弯过程中的弹道特性,采用航行体头部设置预置舵角方法实现,开展了0°、3°和6°预置舵角下航行体自由运动的试验研究。试验在水池中进行,采用高速摄影观察不同预置舵角下的空泡演化过程,采用内测装置测量航行体运动参数,获得了不同预置舵角下超空泡航行体水平运动过程中的弹道特性。试验结果表明：当预置舵角为0°时,航行体侧向力由于非定常因素扰动小幅波动,但均值基本为0;当存在预置舵角时,随着预置舵角的增大,轴向力和侧向力不断增加;预置舵角可以控制超空泡航行体的弹道水平机动转弯,且预置舵角越大、弹道越容易转弯,但舵角过大会导致航行体弹道失稳。     

水下炮弹水弹道特性仿真研究

应用了超空泡技术的水下炮弹在水下航行过程实现极大减阻,水下航程大幅提升,应用前景更为明朗。基于弹箭外弹道学及流体仿真软件对水下炮弹开展研究,建立了水下刚体弹道方程组,数值求解了水动力系数,仿真解算了相关弹道曲线,分析了水弹道稳定的初始攻角阈值。研究结果表明:水下炮弹弹丸发生沾湿的临界攻角为1.5°;900 m/s初速、8 000 rad/s转速、1°初始攻角的水下炮弹在水下可稳定航行100 m,存速大于100 m/s,转速大于6 300 rad/s;为保证水下炮弹稳定航行,初始攻角应小于1.3°。     

超空泡水下航行器空间运动建模与弹道仿真

在包含超空泡“时间延迟”效应的基础上,建立了超空泡水下航行器空间运动模型。模型中体现了机动条件下空泡中轴线相对航行器中轴线的偏移产生的流体动力及力矩。为考察该模型在强机动条件下的准确性,进行了弹道仿真分析。结果表明所建立的模型能够描述航行器机动运动的特性;同时表明在实施极限操舵模式时,舵角极限量是影响姿态角对舵角振荡特性的关键因素。该结论对超空泡水下航行器控制技术研究具有重要意义。     

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。     

大攻角水下航行体侧面空化特性的数值分析

为了考察水下航行体在大攻角下出现的侧面空化现象,建立了基于输运方程型空化模型和非线性涡粘湍流模式的空泡流数学模型和数值算法,自主开发了适用于复杂流场的三维空泡流计算程序,对水下航行体空泡流进行了数值模拟.计算得到了与试验一致的空泡形态,模拟出了实验所发现的大攻角航行体侧面空化的现象及其变化规律.航行体横截面内速度分布及...     

高旋二维弹道修正弹的角运动特性

为研究高旋二维弹道修正弹舵控后的攻角与速度偏角的特性,通过在无控弹角运动基础上增加控制组件提供的控制力和力矩,建立了其角运动方程,对起始扰动作用、瞬时控制力作用、长时间控制力作用下的弹丸攻角、速度偏角规律进行了分析。数值计算结果表明:高旋二维弹道修正弹受瞬时控制力作用时,产生的平衡攻角、平均速度偏角的方向与瞬时控制力方向大致相反; 在固定方位舵控力长时间作用下,平衡攻角、平均速度偏角方向与控制力方向近似成180°,相差一个小的角度; 攻角运动是由舵控力产生相反方向的攻角与重力产生向右的动力平衡角合成的,该攻角运动规律将影响弹道的质心运动。研究结果为高旋二维弹道修正弹的控制策略与控制方案设计提供了理论依据与参考。     

水下航行器多推进器动力定位控制

主要研究远程低速水下航行器在大攻角和大侧滑角情况下不依靠舵而仅依靠垂推和侧推来实现动力定位,通过对水下航行器应用非线性控制方法实现水下航行器在纵平面内的爬潜定位和水平面内的旋转定位。分别建立水下航行器在攻角和侧滑角为90。的纵向和侧向在有2个垂推和2个侧推情况下的非线性运动模型,选用变结构控制方法进行控制,仿真并得到比较理想的效果。     

航行体水下高膛压与高速发射载荷特性

水下高膛压高速发射航行体后形成的多相流场复杂多变，产生的载荷影响尚未明确。针对某小口径水下航行体高膛压、高初速冷发射过程，开展发射载荷特性研究，分析航行体发射过程中内弹道阶段、溢出燃气与水相互作用阶段、水锤效应阶段的流场特性与力学特点。基于多相流模型和动网格方法，建立航行体水下高速冷发射过程数值模型，进行气-汽-液多组分数值仿真，对不同时期发射筒的载荷特性及其成因进行分析。研究结果表明：水下航行体高速发射载荷主要来源于内弹道过程与水锤效应，航行体出膛后筒内燃气溢出造成的低压区产生载荷较小；与低膛压、低初速发射工况不同，高膛压发射工况下筒内气体高速大量溢出，水锤效应压力峰值的幅度衰减明显。     

超高速水下航行器纵向运动稳定性分析

为了进一步研究超高速航行器空化减阻问题,建立了空化状态下超高速水下航行器纵向运动数学模型,对该航行器在巡航段平衡状态下受扰动时的攻角和俯仰角速度的阶跃响应进行了分析,并通过根轨迹法分析了运动的稳定性。分析结果表明,通过给定平衡攻角和平衡舵角,航行器能够呈现一定的静稳定性,该特性有利于以直航弹道为主的超高速水下航行器保持超空泡稳定。     

舰船机动中拖曳系统建模与定深控制研究

针对拖曳系统在舰船机动过程中拖体深度产生复杂变化的问题,考虑拖曳系统运动和舰船操纵之间相互作用,建立了相应的耦合数学模型。舰船采用经典的MMG模型,拖缆和拖体的动力学模型分别采用有限差分法和水下运载器的六自由度运动方程。采用数值计算方法,获得了系统在舰船机动过程中的响应,并运用经典PID算法,通过控制拖体水翼的攻角,实现了拖体在舰船机动过程中的目标深度控制。仿真结果表明这一方法正确有效,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

THAAD拦截弹螺旋弹道仿真分析

针对美国THAAD拦截弹发射初期所进行的螺旋轨道飞行,对能量管理技术的原理和不同攻角下的螺旋飞行能量变化数据进行了分析; 计算了不同螺旋弹道下的最大法向过载,结合法向过载变化曲线分析其对弹体设计等方面的影响; 通过六自由度仿真进行验证,得出了能量管理的前提条件是导弹飞行须具备大攻角。仿真结果表明,大攻角飞行的能量耗散作用明显大于大机动飞行,同时法向过载的变化规律为弹道的设计提供了参考。     

再入机动弹道气动环境仿真研究

机动弹头再入飞行时．其控制系统是由空气舵偏转产生的空气动力作为控制力的．文中研究了空气舵三个通道之间的交连耦合影响并建立了再入机动弹道的气动环境模型。通过仿真试验，结果证明文中建立的模型与机动弹头再入飞行的实际情况更为接近．验证了模型的可信性。     

水下垂直发射多约束弹性体运动仿真方法

考虑水下航行体的弹性特性,建立航行体与发射筒之间接触、摩擦作用的刚柔耦合模型,发展了多约束航行体水下垂直发射动力学仿真分析方法。给出算例,获得了筒内弹道、水中弹道、航行体姿态和内部载荷等参数的变化规律。分析表明,计算结果能够反映航行体水下垂直发射过程的特点,计算方法合理可行。     

四旋翼碟形自主水下航行器运动方程建立与流体特性仿真研究

四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力学方程和运动学方程;采用计算流体力学方法,基于Ansys CFX流体分析软件,在的0°~90°攻角范围内,对航行器运动过程中的流体动力特性进行了仿真研究,并绘制了其特性曲线。仿真结果表明：在0°~15°攻角范围内,航行器具有较低的流体阻力,适宜做定深运动;在30°~50°攻角范围内,航行器具有良好的升力特性,适宜完成曲线潜浮运动。     

2D楔型舵的空泡流场特性研究

水下航行体的航行性能直接受其操纵舵的影响，为确保航行体在全沾湿以及超空泡航行状态时均具有良好的稳定性，该文采用理论数值方法详细分析比较了2种典型楔型舵翼型在不同航行状态下的空泡形态及其升／阻力系数的变化规律，研究结果表明，随着来流攻角的增大，阻力系数呈现先减小后增大的趋势，且大空泡数条件下2种楔型舵的舵效相当，但有平行后体时的楔型舵在小空泡数条件下具有较高的舵效，需合理选择楔型舵以确保航行体具有稳定的航行性能。     

航行体水下发射出筒的减振垫占空比研究

航行体水下发射出筒是一个复杂的刚体运动与振动耦合过程,且伴随着复杂流体动力学现象的产生。运用多体系统动力学理论和仿真软件建立减振垫适配关系下的航行体水下出筒动力学模型,使用缩比试验获得的实测水动力数据和内弹道对航行体水下发射过程进行动力学仿真,研究航行体出筒弯矩载荷和姿态角速度随占空比和减振垫数量的变化情况,分析影响占空比选取的两个因素,为研究提供参考。     

目标机动对高超声速反舰导弹下压段导引特性的影响分析

在分析高超声速反舰导弹下压段弹道特点的基础上,建立下压段导弹质心运动方程以及目标运动模型,并以满足落角约束的最优导引律作为下压段的导引律,分析目标机动对高超声速反舰导弹下压段整体弹道规划、飞行速度、攻角、弹道倾角、法向过载和动压等的变化规律的影响。通过仿真得出,水面舰艇目标的机动对高超声速反舰导弹下压段的弹道变化规律影响很小,但仍要充分考虑目标机动对导弹过载、动压等约束条件的影响。     

水下航行体充气上浮仿真方法研究

为研究气囊展开对水下航行体充气上浮过程中的姿态变化以及运动轨迹的影响,提出一种多学科协同仿真方法。建立水下气囊的展开动力学模型,基于控制体积算法获得气囊充气展开过程的体积膨胀率曲线;在保持气囊体积膨胀率等效的条件下,建立可以同时耦合航行体6自由度刚体运动和气囊局部变形的水动力模型,并基于Navier-Stokes方程进行计算。通过仿真计算,得到水下航行体充气上浮的精细化过程,并获得水下航行体上浮时合力分量的时间历程曲线和姿态变化数据。结果表明:气囊的增浮作用能有效实现航行体的上浮回收;在上浮过程中,由于漩涡结构的不对称性使得航行体受到一定侧向力的作用,上浮时处于螺旋上升过程;上浮时,航行体会受到水流提供的竖向力作用,因此为加快上浮,上浮前应尽量调整航行体的攻角为正。     

舰空导弹拦截机动目标弹道仿真

为研究舰空导弹对蛇形机动与螺旋机动目标拦截效果的差异,对舰空导弹拦截机动目标进行弹道仿真。首先建立反舰导弹的三维蛇形机动模型和螺旋机动模型,然后建立舰空导弹的三维矢量拦截模型,考虑导引头噪声和舵系统的过载限制,最后在Matlab环境下进行2种机动的拦截弹道仿真,采用蒙特卡洛法仿真不同机动强度和噪声强度下的脱靶量,并对比分析拦截蛇形机动和螺旋机动的需求过载和脱靶量。仿真结果验证了反舰导弹机动模型、航空导弹拦截模型的正确性和可行性,可为有针对性拦截机动目标提供参考。     

高超声速飞行器多约束多种机动突防模式弹道规划

为了提高高超声速飞行器的突防概率,利用优化理论,规划了多约束5种机动突防模式弹道（3种横向机动方式,2种纵向机动方式）.把连续的控制变量离散为分段常值函数,将最优控制问题转换为参数优化问题,利用序列二次规划方法求解.规划过程中,提出了改进的拟平衡滑翔条件,建立了攻角和倾侧角间的一种约束关系,减少了一个控制变量,而且能够...