旋转导弹横向喷流/超声速来流干扰数值模拟

以旋转坐标系下Navier- Stokes方程为控制方程,用有限体积法、对称TVD格式和重叠网格技术对带有单股和两股横向喷流旋转导弹的喷流干扰流场进行了数值模拟,计算了喷流与来流、喷流与喷流之间的干扰情况。结果表明：两股喷流增强了与来流之间的干扰,喷流与喷流间也存在干扰;两种干扰影响使力放大因子较单股喷流高;旋转使喷口前的分离区形状改变;在背风面喷流时,旋转使喷流羽流发生周向偏转,影响喷流干扰力放大因子。     

侧喷试验中喷口与模型间缝隙影响的数值研究

文中通过求解三维可压缩N-S方程,对超声速侧向单喷流干扰流场进行了数值模拟,验证了侧向喷流复杂流场数值模拟方法的可靠性.以此为基础,针对侧向喷流间接模拟风洞实验中喷口与模型存在缝隙的导弹外形,开展了数值模拟研究,分析了通气缝隙和不通气缝隙的流场结构.计算结果显示,缝隙通气与否对缝隙内的流动有明显影响,而对喷流干扰流场的影响比较小.     

横向喷流对复杂外形导弹气动特性影响研究

通过求解可压缩NS( Navier - Stokes)方程组,得到横向喷流标模流场仿真结果,验证了横向喷流流场仿真方法的有效性.在此基础上对复杂外形导弹的干扰流场进行仿真,并从定性与定量两方面分析喷流位置和来流攻角对干扰流场的影响.对比分析了不同攻角时,有无喷流弹体表面压力分布,给出了有无喷流的弹体法向力沿轴向变化规律...     

多重网格技术在侧喷干扰流场模拟中的应用

开展了多重网格技术在侧向喷流干扰流场数值模拟中的应用研究.采用修正的限制算子和回插算子,解决了多重网格技术在超声速/高超声速侧向喷流干扰流场模拟中的稳定性问题.使用全近似(FAS)格式和两重网格V循环,数值模拟了不同条件下的单、多喷流干扰流场,计算结果表明:应用修正算子的多重网格技术可以显著提高侧向喷流干扰流场计算的收敛速度,并且计算稳定性好.     

微型脉冲固体火箭发动机侧喷流数值仿真

针对不同工况条件下的微型脉冲固体火箭发动机侧喷流外流场进行两相流条件仿真研究,除了对不同导弹攻角条件下的两相流进行分析,还探究了弹体表面参数受颗粒的影响情况.研究结果表明:在同一颗粒质量分数条件下,颗粒直径越小,对喷流的控制效果产生消极影响越大;在两相流情况下,颗粒相对干扰流场的结构产生了较大影响,颗粒相对喷流的控制效果起消极作用;导弹处于正攻角时,有利于喷流控制作用,攻角越大,控制效果越好.     

微型脉冲固体火箭发动机侧喷流数值仿真

针对不同工况条件下的微型脉冲固体火箭发动机侧喷流外流场进行两相流条件仿真研究,除了对不同导弹攻角条件下的两相流进行分析,还探究了弹体表面参数受颗粒的影响情况.研究结果表明:在同一颗粒质量分数条件下,颗粒直径越小,对喷流的控制效果产生消极影响越大;在两相流情况下,颗粒相对干扰流场的结构产生了较大影响,颗粒相对喷流的控制效果起消极作用;导弹处于正攻角时,有利于喷流控制作用,攻角越大,控制效果越好.     

大型捆绑助推器气动干扰流场数值模拟

从三维薄层近似N-S方程出发,采用TVD差分格式,对某捆绑了2个大型助推器的运载器(RLV)流场进行了计算,得到了大型捆绑助推器真实复杂流场.数值结果表明在捆绑大型助推器后,在运载器头部附近产生了很强的弓形激波;数值结果也较好地反映了助推器的喷流与运载器芯级发动机的喷流相互干扰状况,为今后大型捆绑式可重复使用运载器的气动设计提供了理论依据和计算方法.     

侧向喷流对导弹大攻角气动特性影响数值研究

为研究侧向喷流对导弹大攻角气动特性的影响,采用CFD计算方法对在侧向喷流干扰下的导弹流场进行了模拟。通过研究喷口附近流场结构与物面极限流线分布,分析力和力矩放大因子随攻角变化曲线,并采用"单位长度法向力系数增量"和"单位长度俯仰力矩系数增量"对放大因子曲线变化特点进行了研究,结果表明喷流位于迎风侧时干扰流场结构复杂,喷流干扰对导弹压力分布形成四个主要影响区。     

翼身组合体超声速来流与横向喷流干扰流场的数值模拟

利用对称TVD格式和重叠网格技术数值求解层流N-S方程,模拟了翼身组合体构形的横向喷流干扰流场,研究了该流场的涡系结构、波系结构及流动分离等流场特性,讨论了干扰效应对气动性能的影响,计算了干扰力放大因子和干扰力矩系数,其结果与实验结果基本相符。     

级间分离过程中后体反向喷流对前体气动特性的影响

叙述了固体推进剂火箭级间分离过程中,反向喷流流场的特征和影响反向喷流流场结构的因素,介绍了反向喷流风洞试验的模拟参数,分析了后体反向喷流对前体法向力系数,俯仰力矩系数,阻力系数的影响以及喷流总压对前体气动特性的影响,并提出四点结论。     

燃气射流对子母弹抛撒动力学特性的影响分析

为分析子母弹囊式抛撒过程中气囊破裂后燃气射流对子弹药动力学特性的影响,结合气囊试验测试结果建立了囊式动态抛撒三维动力学模型,对燃气干扰作用下的子母弹分离动力学过程进行了数值模拟,并对不同位置喷口处燃气干扰流场进行了对比分析,揭示了分离过程中燃气射流与来流间的相互干扰作用过程,分析了燃气冲击对子弹抛撒动力学特性的影响。计算结果表明:气囊破裂后燃气射流的冲击对子弹造成的扰动过程约为15 ms,对弹体造成的初始扰动使得弹体分离气动参数呈现很强的非线性特性,其作用效果也因喷口位置的不同而呈现不同的特点。     

绕多孔孔板通气气体与液体两相横射流旋涡特性分析

为了研究通气气体与液体两相流旋涡特性,采用RNG k-ε湍流模型并结合Level Set界面捕捉方法,对绕多孔孔板气体与液体两相横射流流动特性进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较。研究结果表明：液相横流受到射流气体的阻碍作用在孔口上游、形成分离鞍点和马蹄涡,此分离鞍点随距壁面高度的增加逐渐靠近孔心,形成分离线;液相横流绕过射流气体后形成两个较为封闭的分离旋涡,此分离旋涡随距壁面高度的增加逐渐远离孔心。射流气体内部反旋转涡对的发展过程可分为3个特征阶段：流动位于孔口附近时,反旋转涡对从壁面逐渐形成,涡核间距和高度不断增大,影响面积不断扩张;随着流动向下游发展,反旋转涡对影响面积不断收缩直至消失;当流动发展至下游某一位置时,反旋转涡对在射流气体顶端再次形成,随着反旋转涡对的不断发展,在平板壁面诱导出2次涡对。     

喷射压力对等离子体射流在液体中扩展的影响

在液体推进剂电热化学炮的内弹道过程中,等离子体射流的喷射压力对等离子体与液体之间的相互作用影响较大。为了研究喷射压力带来的影响,设计了等离子体射流在圆柱形充液室中扩展的观察试验,建立了等离子体射流在液体介质中扩展的二维轴对称非稳态数学物理模型,并进行了数值计算,计算结果和试验结果吻合较好。分析了喷射压力对等离子体射流扩展特性和流场分布特性的影响,结果表明：等离子体射流在液体介质中扩展,喷嘴附近出现了颈缩现象以及高低压相间分布结构,射流头部出现了局部高压区,侧面出现了局部低压区,等离子体射流的形状由椭圆形逐渐变为纺锤形,射流内部的主漩涡逐渐变大并向下游移动。喷射压力越大,Taylor空腔轴向扩展能力越强,轴向长度与破膜压力和时间呈指数关系;同时头部高压区移动越快,侧面低压区出现越晚,射流内部的主漩涡越大,温度波动越剧烈。增大喷射压力能够加强等离子体射流的扩展能力,但是不利于等离子体射流扩展的稳定性。     

细长弹体横向超音速喷流数值模拟

采用AUSMDV迎风格式空间离散三维定常可压缩NS(Navier-Stokes)方程组,数值模拟了带有横向超音速喷流的尖拱弹体流动。分析了干扰流场涡结构、波系结构以及干扰流场对弹体气动特性的影响,给出了物面极限流线图谱。结果表明,喷流上游的高压区与下游的低压区产生附加的气动力,将物面压力分布与试验结果进行比较,二者具有较好的一致性。     

超声速横向气流中射流破碎过程的数值研究

基于流体体积函数（Volume of Fluid,VOF）方法对超声速横向气流中射流破碎过程进行数值模拟,通过与国内外实验对比,验证了该方法捕捉液柱轨迹的准确性和模拟气相流场的可靠性。针对基准工况以及不同动压比工况下超声速横向气流中射流破碎过程的计算,结果表明：高频的周期不稳定波在液柱破碎中起主要作用;液体射流与超声速横向来流存在强相互作用,形成弓形激波、分离激波以及激波交错的复杂激波系;当动压比升高时,液柱沿流向破碎点位置几乎无变化,而液柱破碎点位置的穿透深度明显增加。     

孔口倾斜角对合成射流控制翼型流动分离的影响

通过商用计算流体力学软件Fluent 6.1求解Reynolds平均Navier- Stokes方程,研究了孔口倾斜角对合成射流激励器处于NACA0015翼型回流区时（20°攻角）控制分离剪切层的影响。结果表明：在孔口倾斜角为309时,即吹气方向顺流向贴近壁面时,合成射流激励器控制翼型背风区分离剪切层的能力增加,合成射流对翼型的控制达到最佳效果;升力系数较垂直射流控制时增加5%,而阻力系数降低15%．通过对翼型气动力特性、脱落漩涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析,揭示了小的孔口倾斜角下控制效果提升的内在机制。     

V形反应装甲与射流作用过程分析

对V形反应装甲飞板飞散变形的物理过程进行分析,认为V形反应装甲与射流作用过程分流为两个阶段:在中间两飞板碰撞以前,两组件的运动是独立的,按两个单个反应装甲先后与射流作用;中间两板碰撞以后,按射流与单个反应装甲作用计算。借助ANSYS-DYNA对V形反应装甲与射流作用过程进行数值模拟,得到了V形反应装甲与射流作用的物理过程,模拟结果和理论分析与实验基本吻合。     

钨铜变密度聚能射流侵彻模型及应用

钨铜是一种依靠机械摩擦结合的两相复合材料,在钨铜射流成型过程中,爆炸加载及拉伸程度的不同极易导致成分梯度及瞬时空隙,进而形成射流密度梯度。传统侵彻模型大多忽略材料中的微观结构变化,以射流密度定常为基本假设,对钨铜变密度射流侵彻深度的预测误差极大。综合考虑钨铜在聚能射流成型过程中材料拉伸及相分离导致的密度变化,引入射流密度与速度函数,对经典虚拟原点侵彻模型进行修正,建立了考虑射流可压缩性和成分梯度的钨铜变密度侵彻模型。以口径56 mm典型聚能结构为例,采用数值模拟及试验方法获得了钨质量百分比为75%的钨铜射流真实密度分布,并利用变密度侵彻模型计算了侵彻深度,同时利用X光脉冲摄影试验及静破甲试验对计算结果进行了验证。研究结果表明,钨铜变密度聚能射流侵彻模型比经典虚拟原点模型及局部密度修正模型计算的侵彻深度更加接近试验值,证实了钨铜变密度侵彻模型的正确性。