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。     

考虑气动干扰的导弹内埋式发射弹道研究

针对导弹从内埋武器舱发射后受到复杂气动干扰对初始弹道和自控终点散布产生影响的问题,研究了计算流体力学(CFD)与六自由度方程联合数值仿真方法,建立了载机和导弹的计算模型,编写了弹道程序,基于动网格技术,准确模拟了导弹的运动过程,获得了在发射初始无控段导弹的受力、位移和姿态角等参数,并为有控弹道自控终点散布仿真提供初始条件。仿真结果表明,气动干扰对内埋导弹发射后初始弹道和自控终点纵向、侧向散布影响明显。该研究可解决导弹气动与运动紧密耦合的问题。     

激光制导炸弹的姿态控制引入时机研究

文中以激光制导炸弹为研究背景,结合导弹稳定控制方法,利用机载武器分离安全理论,提出了一种导弹姿态控制引入时机分析方法。该方法在机弹分离的适当时机引入对导弹姿态的控制,可使导弹舵面转动实现对弹体姿态变化的抑制,保证了导弹离开载机过程中的姿态稳定。通过和无控条件下机弹分离后弹体姿态变化的对比,验证了适当时机引入姿态控制可提高导弹投放时的安全性。     

尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳动力学过程的三维数值模拟

尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS)的脱壳过程对其飞行稳定性与效能具有非常重要的作用。为了描述脱壳过程中卡瓣与弹体之间的气动干扰以及卡瓣相对弹体分离的六自由度（6DOF）运动轨迹,基于流体力学控制方程与外弹道6DOF运动方程,利用动网格技术,对尾翼稳定脱壳穿甲弹弹托在气动力和重力作用下相对弹体分离的三维流场进行了数值模拟,得到了不同分离阶段的流场特性与各卡瓣、弹体气动系数随时间的变化曲线,揭示了弹托分离过程中,卡瓣与弹体之间的激波与气流在不同分离阶段的相互作用过程。耦合6DOF方程计算了各卡瓣的运动轨迹与相应的气动参数,计算结果与文献［15］实验结果相符,表明数值模拟空气动力学与飞行力学相互耦合的控制方程是一种研究尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳动力学过程的新方法。     

简控火箭弹舵翼气动干扰特性研究

为了研究固定鸭舵简控火箭弹舵翼气动干扰特性,在验证数值方法适用性和可靠性的基础上,采用数值模拟方法对该弹气动特性进行仿真分析。计算得到不同弹长和不同舵翼相对夹角(鸭舵组件反旋角)工况下由鸭舵和尾翼产生的空气动力参数,仿真获得火箭弹外流场压力分布。研究分析了弹体长径比和舵翼相对夹角对鸭舵和尾翼气动特性的影响规律。结果表明:鸭舵与尾翼之间的气动干扰受弹体长径比影响,当弹体长径比达到一定数值时鸭舵对尾翼的气动干扰消失,且这种舵翼气动干扰特性对不同舵翼相对夹角情况同样适用; 研究结果可用于简化固定鸭舵火箭弹气动特性的研究方法,提高火箭弹气动外形设计效率。     

弹-翼-机身组合体干扰条件下航弹的气动特性计算

本文对伍德沃德提出的面元法加以改进,以某型飞机外挂某型航弹为例,在组合体外形表面上划分大量面元,用改进后的面元法计算了在弹-翼-机身组合体干扰条件下航弹的气动力,与未受干扰条件下的计算结果和吹风数据进行了比较,并作了简要分析.计算结果表明,航弹所受的干扰主要来自机翼,随着弹体的下落和距机翼距离的增加,各气动系数很快接近无干扰时的值.     

内埋式弹舱与弹体相互影响的精细模拟

为了研究内埋式武器舱弹体投放过程中下落弹体与舱体之间强烈的相互作用,利用基于Menter SST k-ω湍流模型的分离涡模拟方法,结合六自由度刚体动力学方程和重叠网格技术对某一简化开式弹舱和弹体模型的三维流场进行了非定常计算,利用非平稳信号处理方法平滑伪Wigner-Ville分布分析了舱内测点压力的时频特性。研究结果表明：在弹体出舱过程中,剪切层被破坏,导致舱体内流动状态发生较大改变,不再呈现开式舱体自持振荡特性,舱体内噪声的各阶单调声模态不明显,受弹体的影响,舱体内强度较高的涡结构主要集中于舱体后缘,使舱体后缘噪声水平升高;弹体出舱后剪切层迅速重建,自持振荡回路再次形成,舱体流动状态恢复为典型的纯空舱流动状态,但受弹体头部加速气流的影响,剪切层不稳定性增强,导致舱体内部噪声水平升高。弹体在出舱过程中由于剪切层影响受到抬头力矩的作用,使得弹体具有较大的迎角。弹体出舱后,在迎角的影响下,弹体开始受竖直向上的力和低头力矩的作用,竖直向上的力会阻碍弹体的下落。同时,弹体下落过程受舱体强非定常流场的影响,弹体受力也存在强烈的波动。研究结果为内埋武器舱优化设计和制定武器安全投放控制规律提供参考。     

无人机机载炸弹投放分离特性数值模拟研究

通过在非结构动态重叠网格上耦合求解刚体六自由度运动方程和非定常N-S方程的方法,对无人机机载炸弹投放分离过程中的气动特性和运动轨迹进行了数值模拟研究,获得了炸弹运动过程中的轨迹、姿态等信息,分析了炸弹投放分离过程中的安全性问题.研究表明,在计算攻角范围内(α=1°、5°),无横风条件下炸弹的投放是安全的;有横风(5 m/s、10 m/s)条件下炸弹的投放是不安全的.     

舰炮制导炮弹弹托分离过程非定常流场数值模拟

为了研究次口径舰炮制导炮弹弹托与炮弹的分离安全性及分离过程中的气动干扰,采用基于动网格技术的非定常CFD数值模拟方法,同时耦合求解弹托六自由度弹道方程,对弹托与炮弹的分离过程进行了模拟计算.给出了分离过程中炮弹和弹托各自的气动特性,及弹托分离轨迹和姿态角变化规律,分析了弹托与弹体间的气动干扰特性.结果表明,弹托能够与炮弹安全分离,在分离初期炮弹和弹托之间存在显著的气动干扰,分离一定距离后弹托对炮弹的气动干扰消失.文中为次口径舰炮的弹托分离技术研究提供了数据支撑和理论依据.     

导弹弹射发射分离轨迹的数值研究

采用弹射方式发射空空导弹会提高对导弹姿态控制的要求。将基于N-S方程求解的流动数值模拟与控制律和求解导弹运动方程相结合,进行机载导弹弹射发射分离轨迹的计算研究。结果表明无控条件下静不稳定导弹在载机干扰流场中姿态发散较快,不利于导弹与载机的安全分离,引入姿态控制后导弹离开载机过程中的姿态变化得到有效控制,提高了导弹弹射发射安全性。     

U型涡流法计算机／弹干扰流场

介绍了一种计算机翼和外挂之间气动干扰的工程方法──Ｕ型涡流法。     

一种基于数值虚拟飞行技术的弹丸稳定性评估方法

基于数值虚拟飞行技术,采用动态嵌套网格,耦合求解非定常N-S方程和六自由度刚体运动方程,发展了一种能够考虑非定常气动效应的弹丸稳定性评估方法.通过对典型外挂物投放标模和BRL的M852子弹标模进行数值模拟,验证了数值方法正确、有效,可以用于数值虚拟飞行模拟.最后对某质量模拟弹丸进行了虚拟飞行模拟,给出了不同扰动情况下的落点散布和飞行稳定性评估结论.     

时序抛撒子母弹多体干扰气动特性的数值模拟

为研究时序抛撒时子母弹多体干扰气动特性,以时序抛撒子母弹的2种抛撒时序特定分离状态为模型,将分区技术用于混合网格生成法,生成计算网格,利用AUSM+格式求解采用k-ωSST湍流模型的雷诺平均N-S方程,模拟结果与实验结果对比表明,该方法可较细致地模拟时序抛撒子母弹干扰流场结构,获得干扰气动参数.分析表明,抛撒时序是影响时序抛撒子母弹干扰气动参数的重要因素之一,只有选择合适的抛撒时序,才能改善散布面积、提高毁伤效能.研究结果可为进一步研究子母弹时序抛撒干扰气动特性的数值模拟提供参考.     

布撒器-子弹气动干扰风洞实验研究

介绍了子母弹气动干扰风洞实验新方案的特点及实验装置的构成。利用该方案进行了布撒器一子弹气动干扰风洞实验。实验结果表明：阻力系数干扰量、升力系数干扰量随子弹的轴向位置振荡变化;随子弹的下移气动干扰量减小;子弹的攻角对气动干扰影响不大;在布撒器尾翼区子弹的气动干扰量变化很大;布撒器尾迹对子弹的阻力有很大影响。对亚音速子母弹气动干扰区边界的界定标准应仔细进行研究。     

空气动力非对称弹丸大攻角旋转共振运动研究及应用

弹丸旋转时,空气动力非对称会对弹丸的角运动产生周期性的强迫干扰,在一定条件下,可以形成弹丸纵轴相对于速度矢量成一定角度的旋转运动,这种旋转运动可用于实现无伞末敏弹的稳态扫描。在考虑弹丸所受非对称空气动力与其他力和力矩的前提下,建立了弹丸的运动微分方程,推导出了复数形式的攻角方程。以攻角方程为基础,探讨了弹丸形成稳定旋转共振状态的条件。针对某空气动力非对称弹丸进行了仿真计算,结果表明：空气动力非对称弹丸在一定条件下可以形成旋转共振运动,为无伞末敏弹的气动设计提供了理论参考。     

机载布撒器绕流场数值摸拟

研究机载布撒器绕流场的结构,为气动特性分析和外形改进提供依据.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对机载布撒器的绕流场进行了数值模拟.给出了流场图像和气动特性计算结果,并将气动特性计算结果与实验结果进行了比较分析.气动特性计算结果与风洞实验结果基本吻合,数值模拟结果已得到应用.     

四旋翼无人机旋翼对机身非定常气动干扰特性

四旋翼无人机的旋翼对机身构成非定常气动干扰,影响整机的动力学特性。针对此问题,采用计算流体动力学(CFD)计算方法,在刚体假设和不可压流假设下获得无人机机身在前飞工况下受力与力矩的非定常变化情况,并进行风洞实验,验证CFD方法的合理性和计算结果的准确性。采用快速傅里叶变换方法,得到机身所受旋翼气动干扰的模态,从而在干扰力和力矩的变化频率与大小方面进行分析。结果表明：机身所受旋翼的气动干扰与旋翼的转速相关,并且可以由一个5阶傅里叶级数较好地拟合;相对于后旋翼,前旋翼对机身的气动干扰更强;经过简化,单1阶模态的傅里叶级数可以描述升力变化的主要特点,1~3阶模态的傅里叶级数可以描述阻力变化的主要特点;俯仰力矩的周期变化规律可以用单2阶模态的傅里叶级数描述,变化细节可以用1~4阶模态的傅里叶级数描述。     

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。