弹头部圆弧曲线的气动设计

文中应用数值仿真软件对某弹头部的三种设计方案进行了外流场数值仿真,在仿真结果的基础上对弹头部气动参数进行对比分析,得出了较优气动外形.从而验证了外流场数值仿真方法是弹箭气动外形设计的一种快速、高效的方法,相对风洞实验,具有设计效率高,研制成本低的优点.     

扭曲尾翼弹箭气动外形多目标优化

为了提升掠飞末敏弹战术技术性能,将扭曲尾翼结构应用于弹箭气动布局,并在风洞实验基础上,结合计算流体力学、正交实验、逐步回归分析以及多目标遗传算法,对扭曲尾翼弹箭开展了以增旋、减阻为目标的气动外形多目标优化设计,最终给出了尾翼外形的Pareto优化方案。结果表明：采用扭曲尾翼结构有利于改善弹箭气动性能;所建立的气动参数代理模型,能对弹箭阻力系数和平衡转速进行准确预测,并得到了尾翼几何参数对其影响规律;基于多目标遗传算法最终得到的Pareto优化方案,达到了良好的增旋、减阻效果。该研究方法对扭曲尾翼弹箭气动优化设计具有参考意义。     

弹头可偏转火箭弹外弹道特性研究

为了研究弹头偏转角对弹箭外弹道的影响,进行了弹头可偏转火箭弹的气动特性和弹道特性研究.首先利用流体力学软件对不同弹头偏转角的弹箭模型在不同马赫数飞行的情况进行绕流流场数值模拟,获得各弹箭模型的气动力参数,然后通过六自由度弹道模型对弹头可偏转火箭弹的外弹道进行数值计算,并进行典型试验验证.试验结果与仿真结果吻合良好,弹头偏转角可以提供有效的弹箭落点横向偏移距离,研究结果可为自适应智能弹箭的研制与工程应用提供理论与技术支持.     

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。     

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。     

弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择

讨论了结构网格和非结构网格在弹箭外流场数值仿真中的特点，提出了弹箭外部绕流数值仿真中选择网格的三点原则。以某火箭弹外部绕流数值仿真为例。对比了采用结构网格和非结构网格进行仿真时的内存占有量、CPU时间以及计算精度，其结果分析对弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择具有一定的指导意义。     

弹箭高原阻力系数修正方法研究

为解决气动参数不准确导致的高原弹道计算精度低的问题,提出了一种基于数值计算和试验数据参数辨识相结合的弹箭高原阻力系数修正方法。在分析研究雷诺数变化对弹箭阻力系数影响机理的基础上,以某型榴弹为研究对象,通过气动流场数值计算和不同海拔射击试验阻力系数辨识计算,对比分析了不同海拔阻力特性的变化规律,建立了对应不同雷诺数的阻力系数修正计算模型。以平原阻力系数气动辨识结果为基础,通过不同海拔雷诺数的阻力系数修正,实现了较准确的弹箭高原阻力系数的获取。某型榴弹、某型火箭弹和某型迫弹试验验证结果表明,该修正方法获取的弹箭高原阻力系数更接近实际情况,弹道计算结果与射击试验结果吻合更好,相对传统计算方法,计算精度提高了2～6倍。该方法具有一定的通用性,研究成果对高原弹道仿真、编拟准确的高原射表提供了理论指导和技术支持。     

侧滑角对大长细比鸭式布局弹箭俯仰操纵性的影响

大长径比鸭式布局制导弹箭进行倾斜转弯控制时,受侧滑角、攻角和滚转角影响,鸭舵产生的斜吹洗流会引起尾翼和弹身产生额外的面外力和力矩。因此为研究侧滑角对大长细比弹箭操纵性的影响,将流场域划分六面体-多面体网格,采用CFD方法对鸭式布局弹箭在不同攻角、马赫数、舵偏角和侧滑角下的气动特性进行了数值模拟,得到了弹箭气动特性的变化规律,绘制出了弹箭的流线图、涡量图和压力云图,进行流场分析研究。利用风洞实验获得相关空气动力学参数,对实验结果作对比分析,发现风洞实验与数值模拟得到的结果都有较高的吻合度,验证了数值模拟方法的可行性。研究表明多数情况下侧滑角不为零时,由于弹箭的弹体较长,鸭舵的洗流向弹体一侧偏移,使得鸭舵的洗流对部分尾翼没有产生干扰,尾翼的当地攻角增大,尾翼法向力变大,弹箭的压心后移,平衡攻角减小,静稳定度变大,进而弹箭的俯仰操纵效率降低;而在少数情况下弹箭尾翼当地攻角却降低,尾翼法向力有所降低,静稳定度变小,弹箭的操纵效率有所提高。     

二维修正弹修正组件反旋与不旋气动特性对比

为了研究修正组件反旋与不旋对弹箭气动特性的影响,在CFD软件中采用滑移网格方法对双旋二维弹道修正弹在不同攻角、马赫数下的气动特性进行了数值模拟,得到了气动特性变化规律,研究了鸭舵在不同滚转角下弹箭的修正能力,着重分析了修正组件反旋与不旋时该弹气动特性的差异。研究表明,修正组件反旋以后阻力系数与升力系数有所下降,非零攻角下该弹始终会有侧向力存在,通过控制同向舵的周向位置可以对射程和飞行方向进行修正。     

一种新型灵巧枪弹的气动特性研究

相对普通枪弹,灵巧枪弹具有小尺寸和高命中精度的特点,可显著增强单兵战斗力和生存能力。考虑器件尺寸和气动特性的技术要求,设计了一种新型增程灵巧枪弹的气动外形。该灵巧枪弹与普通枪弹在外形尺寸上有很大区别,气动特性及流场特征尚不明了,因此有必要对灵巧枪弹气动特性进行深入研究。采用数值仿真和风洞实验的方法研究了灵巧枪弹的气动特性,并分析了弹尾外形尺寸变化对灵巧枪弹气动特性的影响规律。研究结果表明：数值仿真结果和风洞实验结果基本一致,证明了数值仿真方法的可行性;随着灵巧枪弹收缩段长度的增加,阻力先减小、后增大,升力和俯仰力矩绝对值先基本保持不变、后增大;随着交界半径的增大,阻力、升力和俯仰力矩绝对值均减小;随着弹底半径的增大,阻力先增大、后减小,升力和俯仰力矩绝对值先减小、后增大。     

基于弹道精确测量的射表编拟方法研究

射表试验弹药消耗大、试验周期长是长期存在的问题。针对此问题,根据刚体弹道理论,建立了弹箭六自由度弹道微分方程。开展了飞行诸元关于各气动参数的灵敏度分析,通过仿真计算,对弹箭气动参数准确辨识方法和全弹道符合计算方法进行了研究,初步形成了基于弹道精确测量的射表编拟新方法。仿真结果表明,新方法能够较准确辨识出弹箭气动参数,计算弹道与实际弹道一致性更好,更能反映弹箭的真实飞行状态。研究成果为改变射表试验消耗大、周期长的问题,进一步提高射表精度和射表编拟技术奠定了理论基础。     

鸭式布局防空炮弹的鸭舵设计优化

为提高防空有控炮弹的弹道性能,以一对鸭舵控制的防空弹道修正弹为对象,阐述了系统工作原理与鸭舵控制方式,在全指令控制信号及弹体稳态飞行条件下,研究了由鸭舵偏转产生的弹道法向修正速度,给出了精度较好的估算公式。由此提出一个以鸭舵气动外形参数为设计变量的弹道修正能力综合优化设计模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明,采用该模型对鸭舵气动外形参数进行综合优化设计,能够有效提高鸭式布局防空炮弹的弹道控制能力,为该类有控炮弹的鸭舵气动外形参数设计提供了参考。     

具有瓦片翼的旋转子弹气动特性数值研究

为了预估具有瓦片翼的旋转子弹气动特性,文中采用求解准定常流场的方法,对其进行数值模拟,结果表明:不旋转状态下数值模拟的结果与实验值一致性较好,高阻力、低升力的特点与常规弹箭正好相反,但是法向力特性与常规弹箭一致;旋转状态下低转速时法向力和静态参数类似,但高转速时法向力出现了反号,转速对俯仰力矩的影响也不同;提出旋转状态的气动参数mCNz不能判定静稳定性,并采用火箭外弹道学对导弹稳定性的判定准则对旋转子弹动稳定性进行了分析.     

大口径枪弹弹头外形优化与气动特性

为提高大口径枪弹飞行稳定性和射击密集度,对大口径枪弹弹头外形优化与气动特性进行研究。以12.7 mm 机枪弹弹头为对象,建立弹头3 维造型,定量分析其弧形部半径、弧形部长度、船尾角度和船尾长度,结合数值模 拟获取弹头飞行过程中的压力云图和阻力系数的变化曲线,提出优化后的弹头外形参数,得出外形变化对弹头气动 特性的一般影响规律。仿真结果表明：该研究能优化弹头外形设计,对大口径枪弹弹头外形设计及气动特性具有一 定的参考价值。     

一种大展弦比重叠式可折叠弹翼组件气动布局应用研究

以一种大展弦比“重叠式”可折叠弹翼组件为研究对象,采用数值模拟与风洞试验相结合的方法,分析了该弹翼组件气动布局在小型化滑翔型制导航空弹药中的应用,对弹翼组件的外形参数进行了优化设计。通过三自由度弹道仿真计算验证了该弹翼组件气动布局的气动特性及滑翔性能。研究结果表明:这种“重叠式”可折叠弹翼组件气动布局可以大幅度减小折叠弹翼在收拢状态下的外形尺寸; 在同样的弹体结构和尺寸包络限制下,弹翼弦长可达到传统面对称平直弹翼的2倍,有效增大了升力面面积,实现了在外形尺寸限制下的高升阻比气动布局; 该弹翼组件在结构上更为简洁紧凑,解决了传统的对折式弹翼形式在小型化制导弹药上应用所面临的结构效率和气动增益受限的问题。     

空心弹的阻力特性与气动外形数值分析

为了得到具有最小阻力系数的空心弹外形,基于雷诺平均方程以及二阶AUSM 格式,对不同空心弹气动外形的二维流场以及气动力进行了数值计算,得到了不同外形条件下空心弹的内外流场特性,以及阻力系数变化曲线与最小阻力系数的空心弹气动外形。另外,分别对具有最小阻力系数的空心弹与常规空心弹的超声速流场进行了数值模拟,对比分析了二者流场结构的异同,数值验证了具有最小阻力系数弹型的减阻效果,可为相关研究提供参考。     

一维弹道修正弹气动分析与射程修正控制算法

为了提高炮弹的射击密集度,以安装有阻力环的一维弹道修正弹为研究对象,研究了阻力环结构对弹丸气动特性的影响情况,及通过控制阻力环打开时刻实现射程修正控制的算法。基于数值模拟方法,通过对相同外露高度和不同安装位置的阻力环结构方案进行外流场数值仿真和气动力参数计算,得出不同模型的增阻情况,为一维弹道修正弹气动外形设计提供参考。应用自编的一维弹道修正弹外弹道计算程序,分析了阻力环打开时刻对修正能力的影响,研究了阻力环打开时刻的计算方法。研究结果可为一维弹道修正炮弹的外弹道设计提供依据。     

无翼式布局制导火箭弹俯仰操纵气动特性

为了研究某无翼式布局制导火箭弹进行俯仰操纵时非线性气动特性对弹箭操纵性的影响,通过模型风洞试验和数值计算相结合的方法,分析了不同马赫数、舵偏角和攻角等因素对该火箭弹气动特性的影响。对模型进行超声速风洞试验,试验结果表明,俯仰操纵负舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先增大后减小,正舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先减小后增大。采用ANSYS FLUENT对不同工况下该弹气动特性进行数值计算,计算结果表明,得到的俯仰力矩与风洞实验结果吻合较好,最大误差仅为4.6%。各部件气动特性分析结果表明:弹身的压心在负舵偏角时前移,正舵偏角时后移; 上尾舵受弹身干扰影响法向力效率降低; 负舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角减小,正舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角增大; 各部件共同作用下弹箭气动特性呈非线性。     

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。     

某弹箭转速-攻角闭锁数值仿真及分析

为了研究转速-攻角闭锁现象的机理和规律,利用滚转角诱导侧向力矩可引起转速-攻角闭锁这一条件,建立了可描述旋转对称弹箭转速-攻角闭锁的动力学模型,并以某弹箭为例进行了数值仿真。研究了初始转速、初始总攻角、初始总攻角方向角以及其他不同参数对转速-攻角闭锁稳态值的影响。仿真结果表明,在相同参数条件下,转速-攻角闭锁状态的稳态值由初始条件决定; 当在某参数条件下存在大小相等方向相反的2个稳态转速时,稳态转速会因初始条件的差异而稳定到不同方向,但稳态转速和初始转速方向相同的几率远大于两者相反的几率; 在各种参数的共同作用下,为使弹箭运动收敛到稳定的闭锁状态,必须对弹箭气动参数进行合理设计。