基于舵面控制的外挂物分离仿真方法研究

基于舵面控制的外挂物分离仿真是一个典型的多学科耦合问题,需要对其气动性能、飞行性能和控制性能综合进行分析。本文主要围绕数值仿真中计算流体力学(CFD)和控制方程与刚体动力学(RBD)方程的耦合求解、高效嵌套网格技术、耦合飞行控制系统(FCS)的气动/运动/控制的多学科耦合仿真的三个关键技术进行研究。针对以上技术难点,发展了一套基于舵面控制的外挂物分离仿真方法。仿真结果表明,通过舵面控制,有效改善了外挂物在分离过程中的姿态变化剧烈的现象,提升了分离安全性与分离品质;发展的基于舵面控制的外挂物分离仿真方法能够处理复杂运动边界的非定常问题,检验飞行控制律,具有一定的工程价值。

非结构嵌套网格中的一种改进型径向基函数插值方法

非结构混合网格拓扑关系相对复杂,在嵌套边界区域进行流场信息插值传递容易有精度的损失。利用已知的解析函数作为插值样本,对线性插值(LINE)、距离倒数权重插值(WA)、逆二次径向基函数插值(IQ)、Wendland’s C2径向基函数插值四种方法的精度进行对比,筛选出精度较高的C2径向基函数;提出一种改进的C2径向基函数插值方法,通过调整径向基函数的作用半径来控制插值矩阵条件数,进而消除使用径向基函数插值在嵌套边界区域出现的数值奇性问题;选用MD30P/30N多段翼与三维AEDC典型外挂物分离模型对该插值方法进行验证。结果表明:改进后的径向基函数插值方法能够有效消除嵌套边界区域数值奇性,同时计算收敛速率更快,插值精度更高。

子母弹多体分离过程的非定常CFD/RBD数值仿真

为研究子母弹在抛撒时的干扰流场特性,选取多舱段子母弹为计算模型,基于课题组自主开发的非结构混合网格Reynolds平均Navier-Stokes方程求解程序HUNS3D,结合非结构嵌套网格技术,耦合六自由度刚体运动学方程,使用了改进的4阶Adams预估-校正法求解六自由度刚体运动方程.利用跨声速下典型外挂物分离作为验证算例,仿真结果与实验结果高度拟合,验证了求解器的精度.对锁定母弹自由度和释放母弹的自由度两种计算状态进行数值模拟.仿真结果表明:由于激波干涉作用,子弹与母弹之间有较强的耦合作用;释放母弹自由度后,子弹的气动力参数发生了较大变化.

内埋式航空兵器投放过程的CFD/RBD数值仿真研究

飞翼布局因其特殊的构型,表现出与常规飞行器较大的性能差异。内埋式弹舱能够帮助战机提高其隐身性能,但舱门干扰和空腔结构下流动较为复杂,多枚弹体在分离过程中极有可能互相发生碰撞或与武器舱接触,威胁载机安全,因而提高内埋式武器的分离品质至关重要。使用改进的非结构嵌套网格径向基函数插值方法、耦合流动控制方程和刚体动力学方程(RBD,Rigid Body Dynamics),对一类常规“W”型飞翼布局内埋式武器的分离过程进行数值模拟,分离过程考虑了分离间隔(0 s/0.01 s/0.03 s)对弹体分离品质的影响。仿真结果表明,在前后舱2枚弹体分离的过程中,采用时序分离的方式能够有效提高后舱分离弹体的分离品质,整个分离过程中弹体的姿态变化较为平稳。