大长细比弹箭弹性效应研究综述

阐述了国内外在大长细胞比弹箭弹性效应研究方向的特点和现状,归纳了所用的建模方法,指出了目前研究中所忽视的几个问题,提出了我们今后的研究方向。     

不同气动载荷对大长径比弹箭柔性变形的影响

为了得出大长径比弹箭在自由飞行过程中柔性变形的变化规律、变形量的大小和弹体变形后应力的分布情况,文中通过ANSYS软件进行网格设计、气动载荷的计算及结构的计算,采用流固耦合的数值计算方法对不同马赫数下自由飞行的弹箭进行耦合分析,得到了弹箭的变形量大小和全弹的应力分布,为大长径比弹箭的设计与研究提供相关的理论依据。     

弹性变形对大长细比导弹纵向稳定性的影响

综合考虑飞行动力学和气动弹性力学的相互影响,基于结构弹性模态和刚体飞行模态,耦合求解非定常气动力和结构动力学模型,研究大长细比导弹受弹性变形影响时的纵向稳定性.研究发现,大长细比导弹的弹性特征明显,结构弹性变形和刚体运动之间的相互影响不容忽视,分析大长细比导弹稳定性时需要将结构弹性变形与刚体运动统一起来进行研究.考虑刚体俯仰模态后,导弹的稳定性发生显著变化,系统由稳定变为不稳定,在较低动压下系统失稳,主要表现为俯仰模态的静失稳发散.来流动压和结构刚度会影响大长细比导弹的纵向稳定性.     

海拔高度对弹箭兵器气动特性的影响

文中以某型大长细比火箭弹为研究背景,利用基于N-S方程的CFD软件研究了海拔高度从0km到80km,马赫数从0.6～5.0时主要气动参数的变化情况。结果表明:海拔高度在30km以下时,升力系数、阻力系数和压心系数等随着海拔高度增加变化量较小;而到了30km以上高空时,随着海拔高度的增加,阻力系数和升力系数增加很多,压心前移明显,并且马赫数越小变化越剧烈。依据所得气动参数设计的高空飞行弹道与野外飞行试验结果相符,进一步验证了研究结果的可信度。     

大长细比飞行器整弹颤振性能分析

大长细比飞行器弹体对升力面非定常气动力存在干扰,在超音速阶段,不应忽略该干扰对整弹颤振性能的影响.文中利用核函数法计算升力面的非定常气动力,比较了单升力面、升力面与弹体、整弹情况下的广义气动力,结果表明,存在干扰体时,非定常气动力出现很明显的变化.在此基础上进行的全弹颤振计算表明,弹体干扰在非定常气动力和全弹颤振计算中不可忽略,弹体的干扰提高了整弹颤振临界速度.     

大长径比弹箭流场模拟与气动力分析

利用CFD软件对大长径比弹箭流场进行模拟,通过仿真,分析了对不同攻角和不同飞行速度下的阻力系数、升力系数和俯仰系数的变化规律。     

超、高超声速大长细比飞行器气动特性快速计算

将牛顿碰撞类方法推广应用于超、高超声速细长体导弹的气动特性预测．根据飞行器的外形特征,将外形分成几个部分,根据各自几何特点和流场特性,对不同部分及其迎风面和背风面选用不同的方法,计算方法适用于Ma=3—25、攻角0—30°范围内大长细比导弹类飞行器的气动力特性快速计算．经过与风洞试验数据的对比,证明此方法具有计算速度快、精度高的特点．     

超、高超声速大长细比飞行器气动特性快速计算

将牛顿碰撞类方法推广应用于超、高超声速细长体导弹的气动特性预测.根据飞行器的外形特征,将外形分成几个部分,根据各自几何特点和流场特性,对不同部分及其迎风面和背风面选用不同的方法,计算方法适用于Ma=3~25、攻角0~30°范围内大长细比导弹类飞行器的气动力特性快速计算.经过与风洞试验数据的对比,证明此方法具有计算速度快、精度高的特点.     

大长径比弹箭在飞行时的柔性变形特性分析

对于远程火箭和杆式穿甲弹这类细长飞行体来说 ,随着弹体长径比的增大和飞行速度的提高 ,其在空中的柔性变形已经不可忽略 ,变形的大小可能远超过弹箭设计时所允许的公差 ,将严重影响弹箭的飞行性能。本文提出了大长径比弹箭在飞行时柔性弯曲的动力学模型和有限元模型 ,并对柔性变形进行了仿真分析 ,讨论了飞行速度和长径比等参数对飞行体变形的影响。研究结果对细长弹箭的设计具有一定参考价值     

轴向载荷对大长细比导弹稳定性的影响研究

大长细比飞行器的刚性模态和弹性模态极易发生耦合失稳现象。轴向载荷作用下其结构刚度特性会发生变化,进一步降低其稳定性。使用有限元方法分析了大长细比导弹在轴向载荷作用下的结构刚度特性。采用当地流活塞理论计算弹性体变形的气动力,耦合结构运动方程,基于模态坐标在状态空间内实现结构运动方程的特征值分析和时域求解,研究轴向载荷对大长细比导弹稳定性的影响。研究发现：大轴向过载作用下,大长细比导弹的刚性模态和弹性模态将出现耦合失稳,且随着轴向过载的增加,弹体的结构刚度特性下降,失稳速度降低。     

利用有限元和Lanczos法的细长弹体模态分析

介绍了Lanczos算法的理论,建立细长弹体的有限元模型,将Lanczos法与有限元技术结合,对细长弹体进行模态分析,得出不同时刻三种状态下弹体的前两阶模态,研究结果对细长弹箭的设计具有一定参考价值。     

战术导弹全动舵舵面缝隙效应研究

通过数值求解三维NS(Navier-Stokes)方程组,对正常式布局战术导弹超声速绕流进行了数值模拟.来流马赫数等于2.0,来流高度20 km.计算中采用三种不同大小的舵面与弹体缝隙,分别为0.005,0.015和0.025倍弹径.得到了不同攻角、不同舵偏状态的舵面气动载荷,主要研究了舵面与弹体间缝隙大小对迎风面与背风面舵面法向力系数及舵面压心位置的影响.数值计算表明,舵面缝隙变化对舵面气动特性影响很小.     

遭毁伤巡航导弹气动特性风洞实验研究

通过对“战斧”多用途巡航导弹风洞实验模型的设计和不同马赫数、攻角及侧滑角下气动特性参数的测试,得到弹翼折弯角对侧向力系数、偏航力矩系数、升力系数以及前部阻力系数的影响规律.结果表明,随着弹翼折弯角的增大,侧向力系数和偏航力矩系数近似呈线性增长,这种影响随马赫数增大而增强,但对升力系数、前部阻力系数、滚转力矩系数、俯仰力矩系数等特性参数的影响并不显著.     

飞航导弹执行器故障容错控制系统研究

针对传统飞航导弹控制系统对执行器故障容错能力较弱,而执行器故障模型难以在线快速准确辨识等问题,将直接自适应控制和传统控制方法相结合,设计了一种飞航导弹主动容错控制系统.可以在不知道确切故障信息的情况下,补偿修复故障发生后的控制信号,保证导弹仍能恢复一定的飞行性能.以某型导弹纵向控制回路为例,模拟升降舵执行器执行机构退化、效率降低等故障进行了数字仿真.结果表明,与传统的控制方法相比,该容错控制系统可以在不改变基本控制律的前提下,较好地修复控制信号,使系统跟随参考模型.     

细长体自旋与锥动耦合运动作用下的流动结构研究

利用刚性网格运动技术和计算流体力学数值模拟相结合的方法,分析了带鸭舵细长体锥形运动和自转运动耦合作用下的空气动力学特性。研究了带鸭舵细长体耦合运动下的气动力系数随旋转角变化情况,对相同转速、不同攻角下的鸭舵诱导涡系结构和尾翼流场结构进行了对比分析。研究结果表明：耦合运动状态下,细长体的流场结构兼顾锥形运动和自转运动的特点,但又互相干扰、相互融合,涡系发展情况更为复杂,气动力曲线呈现周期性且有规律的振荡;攻角的增加将加剧涡系结构的破坏程度,并改变尾翼附近环状压力等值线的分布形状。     

非对称×形折叠翼巡飞弹气动特性数值研究

为了研究非对称×形折叠翼巡飞弹的气动特性,在保证弹径、弹长、舵翼的弦长和暴露展长相同的情况下,分别开展了对称×形折叠翼气动布局与非对称×形折叠翼气动布局巡飞弹气动特性的数值模拟,对比了两者侧向力系数、滚转力矩系数、升力系数以及阻力系数,发现与×形翼气动布局相比,非对称×形折叠翼气动布局产生了侧向力与滚转力矩。进一步分析了非对称×形折叠翼气动布局产生侧向力与滚转力矩的原因。结果表明：在亚音速条件下,非对称×形折叠翼气动布局的升力系数与阻力系数随着攻角和马赫数的增大而增大;非对称×形折叠翼气动布局由于舵翼沿着弹身是非对称布置的,导致了非对称的气动干扰,从而产生了侧向力和滚转力矩。非对称×形折叠翼气动布局的侧向力系数随着马赫数的增大而增大,随着攻角的增大呈现先增大后减小再增大的趋势,滚转力矩系数随着攻角和马赫数的变化较为复杂。     

不同栅格壁形状的栅格翼导弹气动特性对比研究

针对栅格翼在导弹上具有重大的应用价值,研究不同格壁形状的栅格翼导弹气动特性。通过介绍控制方程、边界条件和计算条件,采用FLUENT数值模拟的方法研究四角形格壁、菱形格壁和矩形格壁3种格壁形状的栅格翼导弹气动特性,并通过计算分析得出栅格翼导弹的升阻比在研究范围内随着马赫数变化而变化,3种模型变化趋势基本一样。分析结果表明：四角形格壁栅格翼型导弹和菱形格壁栅格翼型导弹的气动性能,优于矩形格壁栅格翼型导弹。     

方形截面导弹气动特性数值研究

文中为了研究方形截面导弹的气动特性,设计了舵面位于平面和舵面位于直角两种布局形式方形截面导弹,并通过CFD数值模拟方法分析比较了方形截面导弹和圆形截面导弹的气动特性。分析结果表明,方形截面导弹相比圆形截面导弹具有较大的法向力和横、侧向气动力,其中舵面位于平面布局与舵面位于直角布局的方形截面导弹相比较其横、侧向气动力要小一些。