旋转弹丸气动特性的尺度自适应模拟

为了预测旋转弹丸的气动特性,采用剪切应力输运(shear stress transfer,SST)湍流模型和尺度自适应模拟方法(scale-adaptive simulation,SAS)分别对M910旋转稳定弹丸不同马赫数、不同转速情况下的气动参数及流场特性进行数值计算,并对流场结构进行机理性分析。采用计算结果表明:基于SST湍流模型的定常计算流体力学(computa-tional fluid dynamics)方法可以较好地计算阻力、法向力、俯仰力矩和压心系数,不能准确预测亚音速和跨音速阶段旋转弹丸的滚转阻尼系数以及马格努斯力矩系数导数。采用非定常的尺度自适应模拟方法可以较好地计算旋转弹丸亚音速到超高音速阶段的滚转阻尼系数和马格努斯力矩系数导数。能否准确捕捉非定常尾涡效应对亚前后顺序音速和跨音速段滚转阻尼及马格努斯力矩计算精度影响很大。采用"全隐式多网格完全耦合求解技术"具有计算速度快、数值稳定的优点。同时,编写的批文件计算脚本提高了仿真工作的效率。     

鸭舵式迫击炮弹气动特性研究

可动双翼鸭舵式新型迫击炮弹的气动布局区别于传统固定鸭舵式修正迫弹,表现出不同的气动特性。基于计算流体动力学方法,采用气动分析软件对某新型迫弹进行气动仿真计算,获得不同条件下弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数变化规律及舵翼的受力情况。数值模拟结果表明：弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数随攻角和马赫数的增加而增大;舵翼力随舵偏角和马赫数的增加而增大;双翼鸭舵式迫弹整体气动特性良好。计算结果对可动舵翼修正弹的研究及设计具有一定的参考价值。     

超音速旋转弹翼式《X一X》型导弹弹翼部分的诱导滚转力矩

本文主要依据空气动力学中的细长体理论,详细研究了旋转弹翼式《X-X》型导弹以小迎角、小侧滑角和一般超音速飞行时,当弹翼偏转一定角度后,在弹翼上产生的不对称载荷分布,从而得出了计算弹翼部分的诱导滚转力矩的公式.并且指出,对于这种气动外形的导弹,这部分的诱导滚转力矩是不大的.     

螺旋桨滑流对飞机气动特性影响的数值分析

提出了一种预测螺旋桨滑流对全机气动特性干扰的数值方法。采用随桨叶旋转的螺旋尾涡系与机体表面定常马蹄涡系之间的干扰为数学模型。计算对应螺桨每一方位角时两涡系对网格控制点的诱导速度及压力系数，由此得到螺桨一个旋转周期的全机气动特性的时均值。算例计算表明，本文方法所获全机升力特性、阻力特性与实验值吻合良好。俯仰力矩在小迎角无襟翼偏转时与实验值也较吻合。该方法对单发或多发螺旋桨飞机均适用。     

基于Fluent的亚音速翼型气动特性数值研究

根据Spalart-Allmaras模型建立了NACA0006翼型二维湍流流动模型,并对模型近壁面进行了网格加密处理.利用Fluent软件模拟了NACA0006翼型的二维湍流流动,得到在不同攻角及马赫数下升力系数和阻力系数的变化特性.研究结果表明,在所选攻角范围内,随着攻角的增大,升力系数和阻力系数均逐渐增大;在跨音速区,由于激波的产生,升力系数急剧下降.Fluent为研究翼型气动特性提供了重要参考和依据.     

正、余弦指令控制方式旋转导弹气动特性分析

为了研究正、余弦控制式鸭舵对旋转导弹气动特性的影响,在CFD软件中采用嵌套网格方法模拟导弹的旋转和鸭舵的偏转。在与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟准确性基础之上,对不同转速、迎角、马赫数下正、余弦控制方式旋转导弹的气动特性进行数值模拟,得出如下结论:当采用相同最大舵偏角时,导弹进行正、余弦控制时其法向力系数要比静态条件下小,其侧向力系数和偏航力矩系数要比静态条件下大;导弹进行正、余弦控制时的偏航力矩系数大小要比不控时小;转速的变化对全弹法向力、侧向力特性以及鸭舵提供的法向力影响相对较小;亚声速条件下导弹的侧向力系数和偏航力矩系数数值比超声速条件下大;导弹做锥进运动时,合成迎角Г的变化对周期平均升力系数和侧向力系数影响较小,Г的变大会使周期平均偏航力系数、周期平均阻力系数数值变大;旋转效应是正、余弦控制方式旋转导弹产生侧向力的原因,并且鸭舵、尾翼产生的侧向力占主导地位。     

前张式尾翼弹气动特性分析

对前张式尾翼弹的气动特性研究,可以为该弹气动外形的改进和稳定装置的优化提供依据,对外弹道的解算提供前提条件。应用流体力学软件FLUENT模拟前张式尾翼弹在不同攻角和马赫数下的空气动力,分析弹丸周围的流场特性。研究表明,阻力系数和升力系数均随马赫数的增长先增大后减小,不同的是升力系数在跨音速时突然减小;阻力系数和升力系数与攻角呈正比关系;尾翼部分提供升力占总升力28%~65%,所受阻力占总阻力10%~30%。     

转子翼驱动功率与升/阻力特性研究

为了研究新型的Magnus转子式减摇装置（转子翼）的驱动功率问题，本文通过转子翼上动态流体力矩和平均转子角速度计算伺服系统驱动功率。采用ANSYS-Fluent进行转子翼水动力三维瞬态仿真试验，得到横摇周期内动态水动力特性；根据动态流体力和转子角速度，按照惯性力矩、摩擦力矩和粘滞阻力矩3部分计算得出转子翼上的总力矩。研究结果表明：长度3 m、直径0.4 m的转子翼，航速7 kn时，平均升阻比大于4；转子翼在低航速时亦可产生足够升力；转子翼单位投影面积升力大于传统翅片形减摇鳍，阻力则反之；转子翼的驱动功率小于传统减摇鳍。     

民用飞机前缘增升装置气动特性试验研究

在民用飞机增升装置低速半模风洞试验的基础上,针对内缝翼和短舱导流片进行了前缘增升装置气动特性试验研究,分析了内缝翼长度对增升装置升力系数的影响,比较了短舱导流片在起飞和着陆状态下的气动特性.试验结果表明,增升装置线性段升力系数不受内缝翼长度的影响,失速区升力系数和CL max随内缝翼长度增加而增大;模型安装短舱导流片后,最大可用升力系数、CL max和失速迎角明显增加,升阻比和俯仰力矩特性在失速区也得到了改善,且线性段气动性能没有发生大的改变.     

前掠翼气动特性研究

为适应飞机新布局发展的需要,进行了前掠翼空气动力特性的低速实验研究。研究内容包括:单独机翼和翼身组合体的纵横向气动特性、流谱及旋涡特性。研究结果表明:前掠翼具有良好的升阻特性,力矩特性及失速特性,可以提供较大的可用升力和良好的大迎角大侧滑角机动性。以上优点在翼身组合体上更为明显。实验发现前掠翼后缘出现后缘涡,观察了前掠翼特有的前后缘涡系的发生和发展,分析了产生前后缘涡系的原因及前后缘涡系对气动特性的影响。     

Stability Analysis for Projectile with Wrap-Around Fins

Based on the stability theory, numerical simulations and theoretical calculations are performed for a projectile with wrap-around fins. Its stability is analyzed and the flow field is simulated with computational fluid dynamics method. Consequently, the     

阻力方向舵在飞翼式高空长航时无人机中的应用

根据飞翼式高空长航时无人机的风洞实验结果,分析了全机尤其是阻力方向舵的气动和操稳特性,据此采用经典方法设计了阻力方向舵的控制律,提出用阻力方向舵进行航向控制和速度控制的方案,并指出由于存在操纵耦合,有必要进行阻力方向舵和升降舵交联控制。非线性飞行仿真结果表明,阻力方向舵具有满意的航向和速度操纵能力,采用交联控制后速度响应更平稳,并可减小33的高度偏差和56的俯仰角偏差。     

前掠翼鸭式布局中鸭翼的气动特性

本文根据低速风洞所取得的测力、油流观察及旋涡测量结果,研究了前掠翼鸭式布局的鸭翼平面形状及其位置对气动性能影响的机理。研究表明,前掠翼布局大迎角气动性能的提高取决于鸭翼、主翼前缘涡的相对位置及其相互控制,也就是它们间的相互干扰。文中根据前掠及后掠鸭翼与主翼组合的实验结果,提出了采用鸭式布局时鸭翼应具有的平面形状及合适的位置选择范围。文中还对双前掠翼布局提出了一些看法。解释了加鸭翼后精侧气动性能出现反常变化的原因。     

Experimental Study of Effects of Tail Wings on Submunition Aerodynamic Characteristics

Aimed at the needs of deceleration of submunitions dispensed from the ballistic missile, wind tunnel tests were performed on the submunitions with different tail wing sizes at the Mach number range from 0.7 to 3.0 and the angle of attack range from 0° to 14°. Experimental data about the variance of aerodynamic coefficients with the Mach number and angle of attack were obtained systemically. The effects of the tail wing sizes on the drag coefficients and the center of pressure coefficients were discussed. Analyzed results show the arc tail wings designed are beneficial to both the deceleration effect and static stability. These results are significant to the tail wing design and its applications to the submunitions deceleration..     

反向射流作用下可回收火箭升阻特性

可回收火箭动力减速过程中反向射流将大幅改变箭体气动特性,为获得反向射流对箭体气动特性的影响,利用数值模拟方法获得箭体升阻力系数,分析升阻特性变化规律并提出升阻特性表征参数。首先,对反向射流钝体构型进行数值模拟,将得到的结果与已公开的实验数据进行对比,验证了数值模拟方法的有效性。其次,采用RANS方法模拟了单喷管构型火箭多种典型飞行状态,得到箭体升阻力系数随迎角变化曲线以及升阻特性变化规律,通过对回流区内流动状态进行分析得到升阻特性改变的机理。最后,由反向射流对箭体气动特性影响程度提出表征参数。结果表明：反向射流会对箭体形成遮挡作用并影响箭体升阻力特性。有射流时升阻力特性受飞行高度影响较大,受飞行马赫数影响较小,与无射流时的规律恰好相反。大部分飞行工况下阻力系数小于0.1,部分高空飞行工况将出现负阻力。本研究提出以反向射流与箭体宽度比作为气动特性表征参数,可以较好地反映反向射流对箭体的遮挡作用并表征箭体在反向射流作用下的气动特性变化规律。     

某支线飞机超临界机翼设计研究

文章在翼身组合体构形下,采用面向机翼的精细修形设计方法针对某支线飞机进行了超临界机翼设计.由于支线飞机机翼面积较小,在满足气动性能的前提下,能否满足结构设计的要求就成为本次修形设计所考虑的主要因素.设计实践表明,在合理的设计思想指导下,当初始外形与设计目标相差较大时,采用渐近修形设计技术仍然可以得到比较满意的结果.     

超空泡射弹尾翼流体动力特性实验分析

为研究尾翼对超空泡流型发展及射弹流体动力的影响,在高速水洞中进行了通气条件下的超空泡射弹尾翼流体动力特性实验.首先基于高速水洞搭建了通气空化绕流实验测试系统,同时根据射弹基本外形,按照相似理论设计了尾翼测力实验模型,为改变空泡壁面与尾翼的相对位置关系,用以研究穿刺高度对射弹尾翼流体动力特性的影响,实验中采用调整空泡尺寸或模型安装姿态来改变尾翼穿刺高度,最后对实验方案的合理性进行了充分的论证.通过改变测试工况对超空泡射弹尾翼的流体动力特性开展实验研究,得到了不同穿刺条件下尾翼对空泡流型的影响规律及其流体动力特性.研究结果表明:尾翼穿刺空泡以后,在其顶部和侧面生成的二次空泡将显著改变主体空泡的形态,且随着穿刺高度的增加,尾翼对主体空泡的影响更加明显;尾翼的流体动力主要产生于前缘沾湿部位,且随着穿刺高度的增加升力系数和阻力系数均显著增加;在尾翼穿刺空泡的条件下,其阻力系数和升力系数随攻角的增大而线性增加.     

超音速、高超音速机翼的气动弹性计算方法

针对超音速和高超音速流动的特点，分析并检验了各种气动力工程算法(牛顿法，切楔／切锥法，活塞理论，激波膨胀波法等)，并将其推广运用于超音速和高超音速机翼的非定常气动力的计算中。通过与机翼结构运动方程的联立求解，在时间域内实现了超音速和高超音速机翼颤振的数值模拟。通过与实验结果的比较，证明该方法具有较高精度，误差能控制在10％左右。     

Wind Tunnel Experimental Investigation on the Aerodynamic Characteristics of the Multifin Rockets and Missiles

The transonic-supersonic wind tunnel experiment on the aerodynamics of the rockets and missiles that have four, six, eight flat or wrap-around fins is introduced. The experimental results show, while M∞〈2.0, with the increase of the fins＇number, the derivative of lift coefficient is increasing, the pressure center is shifting backwards, and the longitudinal static stability is augmenting. On the contrary, while the Mach number exceeds a certain supersonic value, the aerodynamic effectiveness of the eight-fin missiles would be lower than that of the six-fin missiles. For the low speed short-range missiles, by adopting six, eight or ten flat fins configuration, the lift effectiveness can be greatly increased, the pressure center can be shifted backwards, the static and dynamic stability can be obviously enhanced. For the high speed long-range large rockets and missiles launched from multi-tube launcher, the configuration adopting more than six fins can not be useful for increasing the stability but would make the rolling rate instable during the flight.     

The effect of leading-edge sweep angle asymmetry on lateral aerodynamics

Based on the results of force measurement experiment in a low speed wind tunnel, the effect of asymmetrical leading-edge sweep angle on aerodynamic load was investigated with the commonswift’s wing model. The wing model was divided into three segments, i.e., arm wing, hand wingin and hand wingout, and the roll moment produced by the variation of asymmetrical change of wing segment’s leading-edge sweep angle was analyzed.