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     

尾翼式柔性弹箭飞行稳定性研究

建立了低速旋转的尾翼式弹箭飞行运动和柔性弯曲变形耦合的动力学模型和一般运动方程组，以梁的弯曲理论为基础，推导了柔性弹箭的弯曲变形方程，在准静态变形条件下推导出了柔性弹箭的攻角运动方程，并由此获得了尾翼式柔性弹箭的静态稳定性条件和动态稳定性条件，从中可以看出柔性变形对弹箭飞行稳定性的影响，为大长细经弹箭的设计提供了重要的理论依据。     

基于流-固-热耦合的超声速弹箭尾翼强度分析

为评估超声速飞行时弹箭尾翼的安全性,结合弹道曲线,计算了某型火箭弹在不同马赫数下飞行时的稳态外流场,并研究了2 s内的瞬态传热。根据传热计算的结果调整了材料的力学性能参数,进而计算了在不同飞行马赫数下,弹箭尾翼受空气动力作用产生的总变形和等效应力。结果表明:弹箭以高马赫数飞行时,前缘翼尖温度最高,且高温由该位置向内部迅速传递,马赫数越大,升温越剧烈,导致翼片前缘出现烧蚀,因此高速飞行的弹箭应对尾翼等结构进行热防护处理。高温会使材料性能下降,在气动热和气动压力共同作用下,翼片会产生较大变形,且应力可能超过许用应力。最大变形量出现在前缘翼尖,最大应力出现在翼根靠近前缘处,且都随飞行马赫数增加而增大。     

柔性弹丸飞行动力学研究

建立了大长细比弹丸刚体运动和柔性弯曲变形耦合的动力学模型；定义了柔性弹丸的平均弹轴系和刚体运动；以梁的弯曲理论为基础，推导了柔性弹丸的弯曲变形方程。在准静态变形条件下给出了柔性弹丸的攻角运动方程及其解，并由此获得了柔性弹丸的静态和动态稳定性条件，从中可看出柔性变形对弹丸飞行稳定性的影响，为长大细比弹箭的设计提供了重要的理论依据。     

大长径比自旋弹箭横向自振特性的有限元计算方法与结果分析

本文研究大长径比自旋弹箭在飞行时横向振动的自振特性。本文将转子动力学应用于弹道学 ,采用有限元法 ,建立自旋弹箭横向振动自振特性方程。同时给出了计算方法。利用该方程和该方法 ,开发了相应的计算程序。通过数值计算 ,可给出细长旋转弹箭飞行时的进动转速和临界转速 ,以及相应的位移和角度振型。利用该程序 ,进行了实例计算和分析。     

细长杆异型截面弹芯的运动方程组

异型截面弹芯由于其弹体长径比大和飞行速度高，在空中的柔性变形已不可忽略。为此，文中建立了异型截面弹芯柔性变形时弹轴运动的微分方程，以便分析柔性变形对杆式弹飞行性能的影响，特别是对异型截面弹芯的运动稳定性的影响。     

大长径比杆条在空气中飞行情况的数值模拟研究

利用典型的流—固耦合算法,对大长径比(L/D≥30)杆条在空气中飞行的情况进行三维数值模拟研究,计算了不同尺寸杆条的速度衰减系数和等效应力分布,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较,为离散杆式战斗部设计和研究提供参考。     

超高速弹箭发生烧蚀后对外弹道特性的影响

超高速弹箭在飞行弹道上将会出现表面气动加热烧蚀现象，烧蚀变形将影响作用在弹上的空气动力．从而影响飞行弹道。这种烧蚀变形、气动力、外弹道之间的相互影响、相互变化是伴随在飞行弹道上同时存在、相互依附的。文中通过对耦合计算气动力、外弹道和气动烧蚀．研究了超高速弹箭在飞行弹道上的气动烧蚀对外弹道的影响，以某典型的超高速穿甲弹为例．得到了该类穿甲弹可接受的烧蚀界限。为今后超高速弹箭的防烧蚀技术研究打下了基础。     

大长径比自旋弹箭横向自振特征的有限元计算方法与结果分析

本文研究大长径比自旋弹箭在飞行时横向振动的自振特性.本文将转子动力学应用于弹道学，采用有限元法，建立自旋弹簧横向振动自振特性方程。同时给出了计算方法，利用该方程和该方法，开发了相应的计算程序，通过数值计算，可给出细长旋转弹簧飞行时的进动转速和临界转速，以及上应的位移和角度振型。利用该程序，进行了实例计算和分析。     

基于OpenGL的弹箭动态飞行仿真方法

在对弹道计算方法研究的基础上,使用VC＋＋6．0和OpenGL对弹箭飞行轨迹进行动态仿真,开发了弹箭动态飞行仿真系统．该系统通过可视化的形式对弹箭飞行全过程进行动态、实时动匦仿真,使设计人员对各弹道诸元的分析更加便捷。     

基于卡尔曼滤波的弹箭飞行状态估计方法

为了快速、准确地获取弹箭飞行状态参数,讨论了采用不同卡尔曼滤波的弹道估计过程.采用质点弹道模型,考虑了动力平衡角的影响,以随机横风为过程噪声,建立了弹箭飞行状态方程;基于实测的弹箭位置、速度参数,建立了量测方程;分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和线性化卡尔曼滤波(LKF)对测量数据进行最优估计,提出一个弹道滤波混杂算法.以某低旋尾冀弹为例,在坐标雷达探测体制下进行了仿真计算.结果表明,混杂算法减少了系统的在线计算量,提高了弹箭飞行状态的估计精度.     

超高声速穿甲弹气动烧蚀的研究

引用超高声速飞行弹丸的6D外弹道模型，结合弹头部和弹翼前缘的烧蚀计算模型，通过耦合计算外弹道模型和烧蚀模型，得出只要弹丸在起始一段时间内能够经受一定的气动加热，那么，在剩余的飞行时间里，它将不再发生烧蚀，这对以后进行超高声速弹箭的设计有一定的参考价值。     

超高速弹箭飞行弹道研究

超高速弹箭在飞行弹道上将会出现表面气动加热烧蚀现象,烧蚀变形将影响作用在弹上的空气动力,从而影响飞行弹道。这种烧蚀变形、气动力、外弹道之间的相互影响、相互变化是在飞行弹道上同时存在、相互依附的,对外弹道求解与普通弹箭有很大区别。对此进行了研究,并对超高速弹箭的飞行弹道进行了数值分析,其结果对今后深入开展这方面研究有一定参考意义。     

3 种翼型火箭弹气动特性数值研究

针对尾翼结构对大长径比火箭弹外流场的影响,建立3 种翼型火箭弹的3 维简化模型。在保证3 种尾翼 都能折叠到弹径尺寸的前提下,对3 种翼型火箭弹进行数值模拟,分析对比不同尾翼结构尾翼火箭弹的气动特性差 异,并验证了文中所采用数值计算方法的可行性。结果表明：增加卷弧翼数量会使弹箭的阻力系数增加,并使俯仰 力矩系数增大,弹箭的稳定性提高;相同尾翼数量的卷弧翼比平板尾翼的升力系数高,飞行过程中卷弧翼能产生更 大的升力;平板尾翼的侧向力矩系数绝对值比卷弧翼低。     

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。     

联合计算穿甲弹弹体与弹托的应力及变形

本文选取轴对称力学模型,应用ASKA程序的子结构功能,联合计算了脱壳穿甲弹弹体与弹托在发射时的应力及变形。在弹体与弹托接触面的耦合节点上,对径向自由度和轴向自由度分别按实际情况进行处理,从而改进了有关文献的计算方法并得到了合理的计算结果。文中不但给出了弹托和弹体的变形图和等应力线的分布,而且给出了弹体和弹托之间相互作用载荷的分布曲线。     

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。     

非平静大气中弹箭的运动方程组

从相对运动原理出发，建立了非平静大气中的弹箭运动方程组。初步计算表明，这一方程组可以进行各种具体风场状态情况下，弹箭运动的数值仿真，分析和讨论风廓线、风速和风速梯度对飞行的影响，为进行风修正弹箭控制系统设计提供必要的分析工具。     

尾翼稳定火箭弹高空气动力与弹道特性研究

针对新型弹箭的射程增大和飞行空域的大幅度提高,文中研究了尾翼稳定弹箭的主要气动力特性随海拔高度增大的变化规律以及对飞行弹道特性的影响。结果表明,随海拔高度增大阻力系数增大及压心系数减小对弹道特性的影响应该引起重视,在飞行弹道高度大于30km的远程弹箭飞行动力设计和弹道仿真计算中应该考虑空气动力系数随高度的变化。     

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。