“钻石背”弹翼气动特性数值模拟研究

用计算流体力学与阻力系数工程预估相结合的方法研究了"钻石背"弹翼前、后翼条之间气动干扰以及翼型、前后翼条的相对高度对气动特性的影响。计算结果与实验结果对比表明,在中小攻角,数值计算与阻力系数工程预估相结合的方法是可信的;采用亚声速低阻NACA64-108翼型可明显地增大"钻石背"弹翼的升力,减小阻力,增大升阻比;钻石背"弹翼前、后翼条之间的气动干扰,使升力减小,阻力增大;前翼条在上,后翼条在下的配置能减弱这种不利的气动干扰,并且在计算的范围内,后翼条至前翼条的垂直位置ΔH为9mm时,"钻石背"弹翼前、后翼条之间的气动干扰最小,升阻比最大。     

串置翼太阳能无人机气动特性仿真与设计

国内外试飞成功的太阳能无人机均采用常规机翼布局.设计确定一种太阳能螺旋桨无人机总体参数,机翼采用串置翼.应用FLUENT并基于3D粘性流场计算,验证表明串置翼比单翼具有气动优势.在迎角0°和6°下,对串置翼前后翼水平及垂直相对位置60种变化组合,模拟计算组合翼型升阻特性.结果表明两翼水平距离为5倍弦长和垂直距离为0.4倍弦长下,串置翼气动性能最佳.进一步确定翼及副翼和舵参数,制作完成缩比模型并试飞.     

非定常气动力对垂起固定翼无人机动力学的影响

由于垂起固定翼无人机结构复杂,无论是采用数值模拟得到其非定常气动力还是采用单刚体建模方法建立其动力学模型都较为困难。为了解决该问题,通过CFD数值模拟机翼翼型的迟滞环线,引入无人机俯仰运动所产生的迟滞效应,通过ONERA方程建立无人机垂起改平飞过程的非定常气动力模型,最终基于多体动力学,将无人机划分成机翼、机身、旋翼、舵面的多刚体系统,通过凯恩方程推导并建立无人机动力学模型,通过数值仿真可以发现:多体动力学的方法适用于这类结构复杂无人机的建模,引入机翼的迟滞环对无人机的俯仰运动起阻尼作用;引入非定常气动力与未引入非定常气动力相比垂起速度存在8%的差异,垂起改平飞过程结束时两者上升速度存在40%的差异。     

导弹尾喷流对机翼的气动影响

文中研究分析了无人机发射导弹时,导弹尾喷流对载机机翼的气动性能产生的影响;文中采用动态非结构网格技术,湍流模型为k-ω二方程模型,分析模拟了导弹发射初始阶段过程中不同距离对机翼气动性能的影响变化;分析结果表明,导弹发射初始阶段的尾喷流极大的改变了机翼周围的流场结构,对机翼的气动性能产生显著的影响;其研究结果对无人机的安全飞行具有一定的参考价值。     

无人机导弹发射对机翼的气动干扰

无人机导弹发射过程中,导弹尾气流对无人机机翼产生一定的气动干扰,影响载机的安全飞行.本研究以Fluent软件中非结构动网格理论为基础,采用k-ω二阶湍流模型对不同挂载位置的导弹发射过程进行模拟,得出无人机导弹发射过程中,导弹尾气流使得机翼周围空气流场发生变化,飞机的气动性也随之发生改变,不同挂载位置下导弹的发射对机翼的气动性影响也有所区别.其研究结果为无人机机载导弹发射提供参考.     

导弹垂直发射系统柔性多体动力学建模与仿真

基于有限元素法和修正的固定界面子结构模态综合法-Craig-Bampton法,在虚拟样机技术(VPT)仿真平台上建立舰载导弹垂直发射系统(VLS)的柔性多体动力学模型,进行了发射过程的动力学仿真,并和刚体模型的计算结果进行了对比。获取导弹发射阶段的弹道和姿态参量偏差,进行了弹体柔性变形对初始弹道特性和发射安全性影响的分析。     

某无人机火箭助推发射段动力学仿真

为研究某无人机火箭助推发射起飞段的动力学特性,建立其动力学模型并进行了仿真;依据某无人机的真实结构和实际发射情况,建立无人机发射系统的三维实体模型,导入ADAMS中,并基于多刚体动力学方法对无人机仿真模型进行动力学仿真;通过仿真分析,得出了无人机平稳起飞的合适的火箭安装角和机体发射角,为无人机发射技术提供了一定的参考.     

高速旋转飞行弹丸外弹道表面温度场研究

为了获得弹丸表面在高速旋转飞行状态下的温度特性,基于其六自由度(6-DOF) 刚体弹道模型,应用节点热网络法,建立了热流平衡方程组。在气动加热的计算中,利用绕流圆柱换热理论考虑了弹丸旋转产生的影响,通过与弹道模型联立求解,得到了受弹道诸元和气流物性所控制的表面温度场分布。分析了弹丸的发射速度、初始转速、发射角以及气流温度对其平均温度场的影响规律。结果表明:弹丸表面温度随发射速度增加而非线性增加;温度梯度与距弹头的距离呈反比;初始转速越高,峰值温度和温度变化率越大;来流气温越高、发射角越小,平均温度越高。     

非标准条件对一维弹道修正弹弹道稳定性影响的研究

分析了阻力片打开前后弹丸弹道稳定性的变化规律,分析了弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响。以某型100 mm一维弹道修正弹为研究对象,建立了6自由度刚体弹道模型。仿真结果表明：弹道风、初始角速度扰动对一维弹道修正弹弹道稳定性的影响较小,在一般气象条件及初始扰动下,阻力片打开后弹丸可稳定飞行;阻力片打开会使弹丸攻角增大并伴随一定幅值的振荡,陀螺稳定性增强,动态稳定性先减弱后增强,追随稳定性减弱,落点侧偏有一定增加。     

动力翼伞系统拟坐标形式的多体动力学建模

精准的翼伞空投着陆需要更接近实际的动力学模型。采用拟坐标形式的Lagrange方程,提出反映翼伞连接方式和相对运动的翼伞多体动力学建模方法。针对翼伞系统稳定飞行的运动特性,将其处理为伞衣、伞绳和载荷等多刚体系统。利用多项式形式表示伞衣下拉后缘时的气动力,附加质量影响处理为等效力,各体平动速度和角速度作为拟坐标,建立无约束形式的多体动力学方程。以某小型翼伞系统为例,仿真分析了单刚体和多刚体模型在下拉后缘、突风扰动和不同吊挂模式下伞衣与载荷的运动特性。仿真结果表明,所建模型有效反映了翼伞系统的相对运动,可通过改变连接方式提高载荷运动的稳定性。     

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。     

大展弦比轴对称气动布局应用研究

以大展弦比轴对称气动布局为研究对象,通过数学仿真计算和风洞试验得到大展弦比轴对称气动布局的升阻力特性和弹翼受力情况。考虑到弹翼在气动载荷作用下会产生上翻现象,分析了弹翼上翻5°和10°时对全弹升阻力的影响。针对大展弦比气动布局采用折叠式弹翼组件的特点,分析了弹翼展开机构不同步对全弹气动特性的影响。结果表明,弹翼上翻对升力影响较大,对阻力影响可以忽略; 弹翼展开不同步对全弹气动特性影响较小。根据小型无人机载弹作战任务,提出了大展弦比轴对称气动布局在无人机弹药上使用的建议。     

机载导弹折叠舵展开气动特性试验研究

针对采用折叠舵的机载导弹发射后,舵面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性特别是折叠轴扭矩进行研究。主要分析了展开角、来流马赫数、侧滑角对外翼面气动力的影响。研究发现,随着展开角的增加,外翼面气动力以及折叠轴扭矩均有不同程度增加;马赫数对外翼面的力及扭矩影响不大;随着侧滑角增加,外翼面受力及扭矩逐渐增加,增量与展开角有直接关系。     

大展弦比等剖面多段折叠翼颤振特性

对大展弦比多段折叠翼的颤振特性进行研究,使用弯扭组合梁元模拟机翼弯曲和扭转两种变形形态,结合修正的气动片条理论,得到大展弦比机翼不同折叠姿态下的颤振速度和颤振频率数据。考虑到各段机翼折叠角的变化,基于有限元理论建立包含折叠角参数的结构动力学模型,并通过模态截断将其缩减并解耦。根据Theodorsen非定常气动力理论在频域内修正弯扭组合梁元上的气动升力和俯仰力矩,并基于V-g(V为机翼与未扰空气之间的相对速度,g为人工结构阻尼)法引入人工结构阻尼,对在不同折叠状态下的多段折叠翼进行颤振计算。研究结果表明：机翼结构的固有频率会随着折叠角的变化呈现非线性增长形态,而颤振速度和颤振频率随折叠角的变化规律基本相同,且外侧机翼折叠角的存在可有效提高机翼的颤振速度;当固定最外侧段机翼的折叠角时,机翼段数的增加对颤振速度的影响不明显。     

发射环境下导弹折叠翼的展开试验及仿真分析

对导弹折叠翼在发射环境下的展开过程进行研究,通过小型试验弹模拟真实发射环境,对两种不同刚度的折叠翼进行试验,获取了折叠翼展开过程的图像资料和弹道数据。考虑试验弹发射过程扰动带来的攻角变化,建立包含试验弹速度和攻角的折叠翼展开过程动力学模型,分析了攻角对折叠翼展开过程的影响,并与计算流体力学方法进行对比分析,得出了在翼面转动角度较大时一致性较好的结论。试验中出现了小刚度折叠翼展开不同步现象,其中下侧迎风翼面明显滞后,在动力学模型中引入试验实测的弹体速度和攻角,分析得到的结果与试验结果较为吻合,表明了该模型的正确性。     

无人平台导弹行进间发射仿真分析

针对行进间导弹发射扰动量过大问题,对无人平台导弹行进间发射开展动力学仿真计算.通过分析导致行进间发射扰动产生的主要原因,建立武器站的刚柔耦合动力学仿真模型,将发动机推力和伺服机构运动实测数据作为仿真输入,配合动力学模型计算弹体扰动值.仿真结果表明:改进后的火控流程可实现导弹行进间的可靠发射,发射门限应根据弹体抗扰动能力选取.该研究可为导弹行进间发射流程制定和门限选取提供参考依据.     

基于L1动态逆的自主空中加油对接控制

为实现无人受油机与加油机的自主安全对接,提出基于L1自适应动态逆的无人机自主空中加油对接跟踪控制方法.根据时标分离的原则,将无人受油机的姿态控制分为快、慢回路,采用动态逆方法设计姿态回路控制器,设计L1自适应系统补偿外界气流干扰和系统模型误差,并采用自主空中加油对接段仿真系统对所设计控制系统进行验证.仿真结果表明:该对接跟踪控制系统具有很高的抗干扰能力和鲁棒性,能满足自主空中加油的控制精度要求.     

S-S型旋翼末敏弹气动特性规律研究

无伞末敏弹的稳定尾翼在母弹开舱前包裹于子弹外壁,因威力要求,子弹直径需要尽可能大,导致稳定尾翼的厚度较小,而末敏子弹下落速度较快,尾翼极易在空气动力的作用下发生挠曲变形。为深入分析尾翼结构参数对末敏弹气动特性及尾翼挠曲变形的影响规律,采用双向流体-固体耦合方法对S-S型旋翼末敏弹进行分析。研究结果显示：末敏弹阻力系数随弯折角α₂₁的增大呈递增趋势,而随其余3个弯折角的增大呈递减趋势;转动力矩系数随4个弯折角的增大均呈递增趋势,随4个弯折比的增大均呈现准线性递增趋势,随两翼长宽比的增大呈递减趋势。高塔自由飞行试验结果表明,末敏弹阻力系数和转动力矩系数的仿真误差分别不超过7.8%和6.1%,证明了双向流体-固体耦合方法分析无伞末敏弹气动特性的可行性与正确性。     

稠密大气层内火箭头罩动态分离过程数值模拟

利用弹簧近似和网格局部重构相结合的非结构动网格技术,耦合求解Euler方程及6DOF弹道方程,时间方向采用四步Runge-Kutta方法,空间方向采用改进的Barth和Jespersen通量限制器的通量矢量分裂方法,数值模拟稠密大气层内、超声速飞行状态下、内部有冲压发动机的火箭头罩分离动力学过程.研究结果表明,头罩开启过程中,高动压会产生严重的气动力扰动;头罩脱离火箭进入自由飞行状态以后,分离过程中气动力比惯性力大几个数量级,导致头罩的运动特性完全由气动力控制,姿态变化剧烈,分离存在很大风险;采用质心后移分离方案可行.     

变后掠翼航弹滑翔弹道优化设计

为增强变后掠翼航弹的滑翔能力,研究了一种变后掠翼航弹的滑翔弹道优化设计问题.分析了变后掠翼航弹的气动特性,将弹道优化问题转化为最优控制问题,利用最小值原理,推导了滑翔段飞行距离最大的必要条件,在此基础上采用粒子群算法对攻角及后掠角进行寻优,形成了一种基于攻角与后掠角双变量控制的弹道优化设计方法.数值仿真算例表明,在满足状态方程约束的条件下,双变量比固定外形和常规单变量控制的航弹射程显著提高,寻优结果符合气动特性分布规律,通过最优控制和粒子群算法优化弹道的方法是可行的.