内锥型空心弹气动外形与阻力特性数值仿真

为了得到具有最小阻力系数的内锥型空心弹的气动外形,基于内锥型空心弹弹丸长度、口径、喉道形状不变的条件下,通过改变锲角来调节弹丸外形结构,利用计算流体动力学软件Fluent软件对不同形状的内锥型空心弹进行数值仿真,得到了在不同气动外形下的流场特性、阻力系数随锲角的关系和具有最小阻力系数的气动外形结构。另外,还研究了具有最小阻力系数的内锥型空心弹在来流3Ma不同攻角条件下的流场特性和不同攻角下阻力系数随来流马赫数的变化关系,结果表明：前锲角过大会造成内锥型空心弹丸发生气流阻塞现象,锲角的变化对压差阻力影响较大,对摩擦阻力影响较小;内锥型空心弹最小阻力系数气动外形结构为非对称锲角结构;最小阻力系数弹在不同攻角条件下,阻力系数随马赫数增加变化规律基本一致,马赫数过低也会影响内锥型空心弹发生气流阻塞现象。     

雷诺数随高度的变化对远程弹箭射程的影响

研究了雷诺数在0 km～80 km高度范围内随高度的变化,计算分析了由于雷诺数随高度的变化而引起的阻力系数的变化,然后,以某型远程火箭为对象对弹道进行了对比计算.计算结果表明,雷诺数随着高度的增加下降明显,阻力系数随着高度的增加而变大,雷诺数随高度的变化对射程的影响较大.研究结果说明,对于远射程大弹道高的弹箭飞行,雷诺数随高度的变化不容忽视.     

一维弹道修正弹气动力计算方法和射程修正量分析

为提高弹箭密集度,采用阻力修正原理进行纵向距离修正是一种低成本的一维弹道修正技术.基于牛顿流理论和风洞实验数据提出了一维弹道修正弹阻力环机构的扩增阻力系数计算方法,通过对不同阻力环结构的气动力数值计算分析,得到阻力环外露高度对扩增阻力系数的影响远大于安装位置等结论.建立了一维弹道修正弹的数学模型,对阻力环机构在飞行弹道上不同位置处作用对应的射程修正量进行了数值计算和炮射试验对比,计算弹道结果和实测弹道结果基本一致.表明提出的一维弹道修正弹阻力环机构的扩增阻力系数计算方法和射程修正量计算数学模型有较高的计算精度,可作为该类弹箭的弹道设计工具.     

碳-酚醛材料烧蚀热解对再入流场特性影响的数值计算

数值模拟存在碳-酚醛材料烧蚀的高超声速再入流场,分析烧蚀和热解对流场热化学参数、电子数密度分布等的影响。采用19组元双温度的热化学模型,耦合热化学非平衡流Navier-Stokes方程组和烧蚀壁面边界条件,进行定常烧蚀流场求解;通过对比无烧蚀、非催化和辐射平衡壁温条件下的流场分析烧蚀的影响;讨论了壁面处碳-酚醛材料热解产物化学组成的确定方法,研究了不同热解率的影响。以RAM-C球锥的两个典型飞行条件(速度7.65km/s、高度61km和71km)为代表的研究表明:最主要的烧蚀热解产物是CO、H2、H,烧蚀产物和烧蚀的影响均局限于边界层内;烧蚀使原子和离子组元含量下降,当离子组元含量峰值出现在边界层内时,烧蚀使电子数密度峰值下降;随热解率增加烧蚀影响程度增强,烧蚀在后身区影响范围大于头部区,随飞行高度增加烧蚀影响范围扩大。     

高超声速飞行器边界层外缘参数仿真分析

以高超声速飞行器为研究对象,构建快速准确计算高超声速飞行器无黏边界层外缘参数的计算方法。拟合空气比热、比热比随温度变化曲线,建立空气属性温度划分准则。基于不同空气属性建立高超声速飞行器边界层外缘参数工程与数值计算模型,采用钝双锥模型,对比分析工程估算、无黏数值及有黏数值计算方法的计算结果。结果表明,0°攻角状态下,基于无黏流场的数值计算与工程估算和有黏数值计算的压强最大差值分别为1.19%和2.39%;10°攻角状态下,最大差值分别为5%和50%;从而证明所提出的无黏数值计算方法明显优于工程计算方法,为进一步快速准确计算高超声速飞行器气动热环境奠定了重要基础。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

二维弹道修正弹修正方法

为提高弹箭密集度,采用阻力修正原理进行纵向距离修正;增设阻尼片,调节炮弹的极阻尼力矩来改变炮弹旋转速度,进而调节偏流大小来实现侧向弹道修正,是一种低成本的二维弹道修正技术。基于牛顿流理论、经验公式和风洞实验数据提出了组合式二维修正机构弹道修正弹的扩增阻力系数和扩增极阻尼力矩系数计算方法,对不同阻力环、阻尼片结构的气动力进行了数值计算分析。分析了组合式二维弹道修正弹的侧向弹道修正原理,建立了其飞行弹道数学模型,对阻力环、阻尼片机构在飞行弹道上不同位置处作用对应的射程修正量、侧向弹道修正能力和动态飞行稳定性进行了数值计算。结果表明:该二维弹道修正技术可以满足对弹道纵向和侧向偏差修正的需求,且不影响炮弹的飞行稳定性。     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

某型滑翔增程靶弹方案弹道设计

针对某滑翔增程靶弹的无动力特性,综合各方面因素,提出一种具有近似平飞段的方案弹道。选择相关参数,设计了一种具有近似平飞段的高度变化律,提出了改进的攻角表达式,得到无动力靶弹三自由度铅垂平面的运动模型。数字仿真证明,这种方法合理可行,满足了靶弹各项战技指标,实现靶弹的近似平飞,方案弹道能较好地追踪给定高度变化,具有较高的工程应用价值。     

大气对流层气体组分随高度变化的理论预期

利用大气对流层温度随高度变化的规律,采用局部平衡的多分子混合模型,从理论上论证了对流层气体组分随高度变化的规律,发现大气各主要成分体积分数、分子平均摩尔质量均随高度线性变化,并拟合数值计算结果得到了相关参数。氧气的相对体积分数随高度明显下降,而氮气的相对体积分数却明显上升;但是相比于温度随高度的变化,大气分子平均摩尔质量的改变可以忽略。该理论比以往其他模型预测大气压强随高度变化规律具有更自然、更接近实际的优势。