基于化学反应的高超声速弹丸头部气动热预测

为了准确预测高超声速弹丸表面的气动热问题,在考虑热化学反应的情况下,基于SST k-ω、表面反应和二维非稳态热传导方程,建立了高速流场与弹丸结构紧密耦合的传热模型,并以某外形高超声速弹丸为研究对象,采用数值模拟方法,在不同飞行高度、不同飞行马赫数等条件下对比计算了有、无考虑化学反应时弹丸表面的气动热分布情况。计算结果表明,考虑化学反应对弹丸表面的热流密度有较大影响,弹体表面温度及其驻点处温度均有明显提高; 在飞行马赫数为5.5,飞行时间为1.5 s的情况下,随着飞行高度的增加,弹丸驻点处及弹身表面的温度会降低,但各高度上弹丸驻点处的温度在考虑化学反应较未考虑化学反应时高约200 K; 随着来流马赫数的增加,化学反应产生的热量越多,弹体表面及驻点处的温度增加越大。研究结果对高超声速弹丸的气动热预测与热防护具有一定的参考。     

级间分离气动力特性数值研究

对超声速飞行弹体级间分离过程中的流场开展了数值模拟研究,得到了两级弹体在不同分离状态下的气动特性.计算中采用分区多块网格技术,并对计算所得的气动力结果进行摩擦阻力修正.根据计算结果,分析了主级通气和非通气两种状态下的流场结构和气动力变化特性;研究了弹体气动力随马赫数的变化规律.     

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。     

固冲发动机进气道半自由射流试验直管扩压器研究

研究了固冲发动机进气道转级试验的半自由射流试验台,通过在射流喷管后加装直管扩压器,采用数值模拟方法计算喷管在同一飞行马赫数不同飞行高度下的启动性能,并进行试验验证。试验结果表明,加装直管扩压器的试验方法可以提高模拟的飞行高度,并大大降低试验台建设成本,利用该试验方法可为固冲发动机进气道转级试验研究提供有效的试验流场。     

有头部偏角的尾翼火箭弹气动性能数值计算

运用通用流体计算软件CFX对有头部偏角的尾翼火箭弹气动特性进行了数值计算.计算了不同头部偏角和弹体攻角姿态时,在不同马赫数下火箭弹所受的空气动力,分析表明超音速飞行时抛物外形大长径比弹头相对弹体有一定转角时能产生较大的控制力和力矩.文中的计算分析可为发展弹道修正制导火箭弹提供理论基础.     

无控飞行弹箭气动加热特性

针对无控飞行弹箭动态红外特征的数值计算问题,提出了一种计算其表面气动加热的数值方法。建立了155mm口径无控炮弹的六自由度刚体弹道仿真模型;取目标在亚声速、跨声速、超声速飞行状态下的弹道数据为来流条件,基于FLUENT进行了外流场数值模拟;分析了弹体表面压力、温度分布及驻点热流密度的变化规律,并与经验公式的计算结果进行了对比验证。结果表明,随着弹头曲率半径减小,驻点热流密度呈非线性增加趋势,马赫数越高,弹体表面的峰值压力和温度越高,且温度变化梯度越大;高温区集中于弹头及弹头部与圆柱部交接处,低温区分布在弹体尾部和底部,数值模拟与经验公式的计算值吻合较好。     

脉冲横流对末修弹气动特性的影响分析

为了分析脉冲末修弹的气动特性,建立了末修弹横向喷流工作前后的非定常数值计算模型,计算了脉冲横流在不同作用位置时末修弹的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数,揭示了脉冲横流对末修弹气动特性影响随其作用位置和弹体马赫数的变化规律。结果表明:脉冲横流对弹体阻力的影响不大,对升力和俯仰力矩影响明显。末修弹产生的附加升力系数随脉冲发动机喷口位置后移而增大,且当马赫数在0.6～1.1范围时,该系数随着马赫数增加而影响减小;气动焦点位置随着喷口位置后移亦向后移动,且随着马赫数增加而移动速度减慢。     

火箭飞行跨声速激波现象研究

在运载火箭飞行过程中，由于火箭气动外形的变化，在跨声速飞行段运载火箭整流罩柱段外部会产生跨声速激波现象。为了研究火箭整流罩外部流场中跨声速激波的变化规律，采用三维数值模拟，获取了运载火箭跨声速飞行外部流场，并采用试验结果验证了数值方法的正确性。使用数值纹影对跨声速激波进行了显示，获取了激波位置随着飞行马赫数的变化规律，研究了激波前后压差随着飞行马赫数的变化规律。     

导弹尾流对后弹体影响的CFD仿真分析

为了合理设计空空导弹尾部的热结构,通过数值仿真对不同飞行高度、飞行速度和燃烧室内压状态下导弹尾喷流对后端热结构的影响进行分析,获得了影响导弹尾部热环境的规律。研究结果表明,导弹后端面热环境的恶劣程度随飞行马赫数和燃烧室内压的增加而增大,但在中低空情况下飞行高度变化对其影响较小,数值模拟结果与地面点火试验及空中飞行试验结果相吻合。     

内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究

为研究飞行速度对内埋式航炮膛口流场特性的影响,基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,采用Roe格式分别对4种飞行速度条件下的菱形机翼中内埋航炮膛口流场发展过程进行了数值模拟,对比分析了静止条件和超音速飞行状态下膛口流场的基本特征以及冲击波强度变化关系。结果表明：超音速飞行时形成由火药燃气冲击波、分离激波、滑移面等波系构成的膛口流场结构;在一定飞行速度范围内分离激波尺寸与来流马赫数正相关;膛口附近冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关。     

头部偏角对气动特性影响规律研究

为了获得头部偏角对气动特性的影响规律,首先对弹体表面不同位置的压力变化进行了试验,并以此修正和验证基于头部偏转弹的数值计算模型,并进一步计算不同马赫数和不同头部偏角情况下对升力、阻力和俯仰力矩影响规律。结果表明,头部偏转对弹体表面影响效果十分显著,远远大于同一角度攻角对压力大小的改变量。较小头部偏角和马赫数下的阻力与原型弹偏差不大;随着头部偏角的增加,升力和俯仰力矩会迅速增加。对于在某个头部偏角情况下,存在唯一一个使飞行稳定的最大马赫数。     

应用TVD格式数值分析低阻远程弹丸绕流场

从全Navier-Stokes方程出发,结合高雷诺数两方程κ-ε湍流模型,应用三维隐式有限体积TVD格式,数值仿真了低阻远程弹丸在来流马赫数Ma∞=0.96,Ma∞=1.1和Ma∞=2.5,攻角α=4°时的绕流流场.为避免分区计算而用代数方法生成了弹丸绕流场O型网格,计算结果得到了清晰的流场波系结构,弹体的迎风面和背风面流场呈现明显的非对称性,弹体表面的压力分布表明低阻远程弹丸的外形设计优化了弹丸的空气动力特性.     

双旋弹道修正弹弹体非对称载荷的数值研究

固定鸭舵双旋弹道修正弹的弹体受到鸭舵非对称尾流的影响,其载荷具有非对称特性。为了研究该非对称特性,通过计算流体力学(CFD)仿真和风洞实验的结果对比验证CFD方法的有效性。对0°舵偏、2°舵偏、4°舵偏的双旋弹道修正弹模型在多马赫数、多攻角下进行CFD仿真,并通过绘制鸭舵尾流的流线图和弹体压力系数云图对流场进行定性分析,通过对比弹体截面压力系数和弹体法向力、侧向力系数对弹体受力的非对称性进行定量分析。结果表明： 0°舵偏模型的弹体压力系数呈面对称,2°舵偏模型、4°舵偏模型弹体压力系数呈非对称;在给定马赫数下,3种模型弹体法向力系数随攻角变化的曲线高度重合; 0°舵偏模型的弹体侧向力系数在0附近,2°舵偏模型、4°舵偏 模型的弹体侧向力随攻角近似线性变化,随马赫数先增大、后减小;给定攻角时,4°舵偏模型对应曲线峰值约为2°舵偏模型的2倍。     

激波聚焦起爆脉冲爆震发动机性能分析

为研究激波起爆脉冲爆震发动机的性能,建立了其性能计算的简化模型和计算方法,计算分析了共振腔直径为90 mm时,推力、耗油率等主要性能参数随共振腔进口气流参数条件及飞行条件的变化.计算结果表明,随着共振腔进口气流总压的升高,发动机推力增大,耗油率降低,而随着进口气流总温的升高,发动机推力减小,耗油率降低;随着飞行马赫数的增大,发动机的推力和耗油率增大,而随着飞行高度的升高,发动机的推力和耗油率减小.     

鸭式布局冲压增程制导炮弹三维流场模拟与数值分析

为研究鸭式布局冲压增程制导炮弹的流场与气动特性,根据其在冲压工作状态和被动飞行状态时对应的气动外形,应用分块网格划分方法和Realizable k-ε湍流模型对2种工作状态分别进行了三维流场模拟与数值计算分析,对不同马赫数下炮弹的流场与气动特性进行了研究。结果表明:在超声速条件下,相同攻角时阻力系数和升力系数都随马赫数增大而减小; 同一工况下,与相同外形参数但不采用冲压形式的鸭式布局制导炮弹(参考弹)相比,冲压工作状态下阻力系数约大50.5%,升力系数约小35.7%,被动飞行状态下阻力系数约大42.9%,升力系数约小11.9%; 被动飞行状态采用中心锥组件向前推进的形式对减小阻力是有利的。研究结果为鸭式布局冲压增程制导炮弹的气动外形设计与性能分析提供了一定的理论基础与参考。     

带燃气舵的固体火箭发动机尾流仿真

燃气舵的扰动使得固体火箭发动机高度欠膨胀的尾流场显得更加复杂。文中采用数值仿真计算的方法对比研究了不同高度下相同自由来流马赫数时的带燃气舵发动机尾流场的特性。得到存在燃气舵扰动时固体火箭发动机高度欠膨胀尾流场的轴向截面呈十字状;并且随着高度的增加尾流场膨胀程度增加,温度边界向外扩展;同时得到尾流场的长度约为200倍的发动机喷管出口直径。     

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。     

超声速脱壳穿甲弹二维流场的数值模拟

脱壳穿甲弹发射时,脱落的卡瓣和弹体间的气动力效应将直接影响弹丸的飞行性能及威力。以脱壳超声速穿甲弹为原型,利用Fluent软件对弹丸脱壳过程进行了数值模拟,计算了此过程中弹丸和卡瓣的气动力参数,并对卡瓣与弹体成不同夹角时弹丸周围的流场进行了分析比较,可为相关研究提供重要数据。     

旁侧四超声速进气道弹体内外流一体化数值研究

以数值模拟为主要手段,通过求解雷诺时均方程,分别对弹体外流场的流动特性以及四个二元旁侧超声速进气道与弹体、燃烧室一体化内外流动特性进行了计算研究.通过对典型飞行状态的计算,获得了进气道的总压恢复系数、流量系数随马赫数的变化关系以及随攻角的变化关系.对计算结果和部分试验结果进行了比较,获得的进气道总压恢复系数和试验值较为接近,计算流量系数稍高于试验值.进气道速度特性、攻角特性与试验变化基本一致,规律性明显.     

旁侧四超声速进气道弹体内外流一体化数值研究

以数值模拟为主要手段,通过求解雷诺时均方程,分别对弹体外流场的流动特性以及四个二元旁侧超声速进气道与弹体、燃烧室一体化内外流动特性进行了计算研究．通过对典型飞行状态的计算,获得了进气道的总压恢复系数、流量系数随马赫数的变化关系以及随攻角的变化关系．对计算结果和部分试验结果进行了比较,获得的进气道总压恢复系数和试验值较为接近,计算流量系数稍高于试验值．进气道速度特性、攻角特性与试验变化基本一致,规律性明显．