内埋武器机弹分离动态风洞投放试验研究

基于动力学相似的动态风洞投放试验研究了尖拱圆柱体从空腔中分离的气动及运动特性,并创新性地采用快响应压敏漆技术对动态运动模型表面上的压力分布测量进行初步探索研究,试验中探究了不同空腔模型攻角(α=0°,-1.5°,-3°)及弹体在空腔内的不同位置(L_(0)=25 mm,39 mm)对内埋武器机弹分离特性的影响。结果表明:弹体在空腔内的位置对机弹分离运动特性的影响最大,当L_(0)=25 mm时,弹体模型头部区域压力明显高于后部区域压力,产生抬头俯仰力矩,导致弹体模型俯仰角逐渐增大,最终碰撞空腔模型,降低载机攻角并未改变弹体模型碰撞空腔模型的效果。当L_(0)=39 mm时,弹体模型在给定的攻角下均能安全地从空腔中分离。

超声速内埋武器分离数值研究

旨在为内埋武器的投放安全性,分析了攻角和舱门对开式武器舱流动特性的影响。结合嵌套网格方法并耦合六自由度运动方程研究了内埋式导弹在超声速条件下的分离轨迹和姿态变化,分析了不同马赫数对重力投放和弹射投放两种分离方式导弹分离轨迹的影响。计算结果表明,攻角和舱门不能改变开式武器舱的流动类型;两种分离方式都能使导弹安全分离,但是重力投放下导弹的俯仰角变化较大,不利于导弹点火发射。

内埋武器分离特性及其改进方法研究

在高速风洞中对外挂/内埋武器分离过程中的气动力特性进行了试验研究,试验同时研究了改善内埋武器分离特性的被/主动流动控制方法——前缘立齿和前缘射流,试验马赫数为0.6、0.9和1.5。采用内式天平获取了不同试验状态下武器模型的气动力数据。试验表明:与外挂武器相比,内埋武器分离过程中的气动力特性较复杂,存在机/弹分离安全隐患;弹舱长深比L/D对内埋武器分离特性影响明显,随L/D增大,武器最大俯仰力矩系数明显增加;被/主动流动控制方法均能有效改善内埋武器分离特性。

内埋武器超声速分离机弹干扰特性试验研究

在超声速条件下的机弹分离过程中,内埋武器受到载机复杂干扰流场作用,其气动特性与自由流情况有很大差异,对机弹分离安全有一定影响。采用基于并联机构构型的CTS(Captive Trajectory Simulation)试验技术以及纹影显示技术,研究了内埋弹舱布局新型战斗机与典型空空导弹模型的机弹干扰特性,在有/无载机干扰、不同分离角速度和分离高度、载弹尾舵折叠/展开等条件下,对比分析了载弹俯仰力矩/运动特性以及载机干扰流场结构。研究结果表明:在超声速条件下,典型内埋弹舱布局战斗机存在复杂的激波系结构,会对载弹产生较强的气动干扰效应,诱导载弹出现“抬头”俯仰运动趋势;无初始分离角速度时,出现不安全分离的趋势;分离高度降低,会使载弹不安全分离趋势提前;在分离过程中,尾舵折叠不利于载弹姿态控制,在保证分离安全的前提下,应尽早展开尾舵,进行姿态增稳控制。

内埋武器舱关键气动及声学问题研究

以风洞试验为手段,在高速风洞中对内埋武器舱关键气动问题进行了深入研究。利用静态压力测量、脉动压力测量、网格测力等测试手段,获取了典型弹舱流场静压分布特性、气动声学特性以及武器分离特性。研究结果表明:舱内静压分布变化明显,可以此定义弹舱流场类型;开式弹舱流场气动声学环境恶劣,总声压级强度可达170dB以上,且频谱曲线上存在多个明显的能量尖峰;武器从舱内分离过程中可能产生较大的抬头力矩,影响机/弹安全分离;在弹舱前缘施以流动控制能降低舱内静压梯度、抑制气动噪声,且有利于改善武器分离特性。

内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术研究

在高速风洞中对内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术进行了研究,弹舱长深比(L/D)为6.5。分析了舱门开闭动态试验风洞模拟准则,研制了气缸驱动和电机驱动两种舱门开闭运动机构,发展了舱门开闭动态试验测试技术与数据处理方法,获得了舱门运动特性及武器舱系统动态载荷特性。本文给出了Ma=0.6,Re=1.28×107/m的试验结果。研究结果表明:运动机构设计合理,气缸驱动与电机驱动两种方式均可实现舱门的快速开闭运动,采用电机驱动时,舱门运动速度可在较宽范围内调节;测试系统可靠,可准确获得高速气流条件下舱门开闭过程中的动态载荷及舱门运动规律;数据处理方法可行,获得了测点的能量分布特性及频谱特性,并对弹舱流场及舱门动态载荷特性进行了研究。

舱门对内埋武器分离特性影响分析

为了研究是否考虑舱门及舱门不同开启姿态对内埋武器分离特性的影响,利用基于Menter剪应力输运k-ω湍流模型的分离涡模拟方法,结合6自由度刚体动力学方程和重叠网格技术,对超声速来流条件下某一简化内埋弹舱-舱门-弹体模型的三维流场进行了非定常计算,得到了不同条件下的弹体下落轨迹。结果表明:超声速来流条件下,流场中存在激波相交、激波剪切层反射等复杂流动现象,考虑舱门影响会使流场波系结构发生变化,弹体下落轨迹随之改变;弹体抬头角由0.5°增加到6.5°,弹体右偏航角由0.3°增加到2.5°,下落后期弹体下落速度增速减缓;舱门不同开启姿态对弹体竖直方向位移及俯仰运动影响较小,但会对弹体偏航产生较大影响;尽可能使舱门远离弹体可以有效地降低舱门对弹体偏航的影响,减小偏航角度,提高武器分离品质。

超声速内埋武器不同分离方式分析

为给高空高速无人机内埋武器分离方式的选择提供权衡依据,建立了弹舱及弹体模型,采用chimera嵌套网格方法与Menter SST k-ω湍流模式,对舱内重力投放、舱内弹射投放及舱外重力投放三种内埋武器分离方式在高空高速条件下的内埋武器分离过程进行了仿真分析,对比了三种分离方式分离过程的流场特性与弹体运动参数。结果表明,在Ma=3.7,高度为2.5 km的条件下,舱内弹射投放与舱内重力投放能够使内埋武器安全分离,舱外重力投放在高空高速条件下无法完成内埋武器的安全分离,弹体无法快速下落并伴有大幅振荡,威胁无人机的飞行安全。

内埋武器噪声环境试验方法探讨

目的空腔共鸣噪声环境是新一代战斗机内埋武器遇到的严酷的使用环境之一,需要对内埋武器在空腔共鸣环境下的噪声试验方法进行研究,以提高其环境适应性。方法分析噪声环境对内埋武器的影响和GJB 150.17给出的三种噪声试验方法,重点讨论在没有实测数据时确定空腔共鸣频率的计算方法。结果 GJB 150.17给出的空腔共鸣频率计算结果存在偏差,新噪声试验标准对空腔共鸣频率计算公式进行了修正,典型空腔结构的1阶模态共鸣频率提高到45 Hz以上。结论给出可操作的内埋武器空腔共鸣噪声条件和试验程序。

全尺寸内埋武器舱舱门铰链力矩测量方法

全尺寸内埋武器舱舱门铰链力矩测力试验使用真实弹舱模型,为了不破坏武器弹舱的完整性,它既不允许在模型上安装铰链力矩天平来完成铰链力矩的测量,也不允许在舱门表面加工测压孔,通过测压试验的方法进行铰链力矩的测量。根据对全尺寸内埋武器舱舱门的结构特点及受载情况进行分析,提出了全尺寸内埋武器弹舱舱门铰链力矩的测量方法:专门设计的模拟短梁及加载装置,既可以实现单点加载也可以多点同时加载;在旋转作动器的耳片上粘贴A、B 2组应变计,分别组成半桥工作模式;舱门安装前,使用模拟短梁及加载装置,对各个耳片单独施加力和力矩载荷,通过叠加法、均值法求取铰链力矩公式;舱门安装后,利用大小舱门间的转轴及加载装置,对舱门实施单点加载或多点同时施加不同载荷,通过迭代法验证铰链力矩公式的可靠性,较好地实现了真实弹舱舱门铰链力矩的测量。

内埋武器机弹分离相容性及流动控制试验研究

随着新一代先进有人或无人战斗机对高机动、超远程打击和隐身等性能提出要求,武器内埋式装载已成为必备选择。当内埋武器的质量-惯性载荷比非定常空气动力载荷大时,有效的武器分离通常不是问题;然而,当内埋武器的质量-惯性载荷比非定常空气动力载荷小时,可能导致内埋武器机弹分离过程出现俯仰角过大、急速滚转等不相容现象。本文针对内埋武器机弹分离相容性及流动控制方法开展非定常风洞投放试验探索研究,通过在武器舱前缘布置锯齿和矩形扰流板等被动流动控制装置,采用非定常风洞投放试验方法并结合高速纹影流动显示技术,研究了有无流动装置对内埋武器机弹分离相容性的影响,并提出细长旋成体布局式的内埋武器机弹分离相容性的判据表达式。研究发现,布置在内埋武器舱前缘的锯齿和平顶扰流板能在气流扇形膨胀区域内产生扰流激波,该扰流激波所产生的高压作用在导弹头部能起到减小抬头俯仰力矩的效果,对机弹分离俯仰方向运动产生较大影响,但对导弹垂直位移的影响并不大。前缘锯齿扰流板对机弹分离相容性的控制效果比平顶扰流板要好。

内埋武器舱动态流动特性及降噪控制方法研究

流动经过武器舱会产生诸如边界层分离、剪切层失稳、气动噪声等一系列复杂流动特征,进而可能对舱内设备和结构造成破坏。本文以近真实复杂内埋武器舱为研究对象,通过高精度数值仿真获取内埋武器舱动态流动特性;根据流场特性,分析武器舱内噪声产生机理,提出了前缘扰流片、导波管以及前缘吹气三种流动控制方案。通过高速风洞试验,系统分析了舱门开度、内埋武器挂载等因素对武器舱内噪声水平的影响,并且对不同扰流装置的降噪效果进行了测试分析。结果表明:内埋武器舱内流动以小尺度湍流结构为主;前舱在舱门小开度时总声压级较高,随开度增加后舱总声压级增大,舱门开到一定程度后,舱内总声压级分布基本一致。舱内挂载武器减弱流动对各壁面的拍击强度,使得舱内各壁面总声压级降低。三种控制方式均能够抬高剪切层,减弱武器舱内的能量注入,进而对武器舱内总声压级产生一定的降噪效果。在本文研究范围内,前缘扰流片的降噪效果最为显著,降噪幅值达5 dB。

内埋武器高速风洞弹射投放模型试验关键技术研究

针对新一代战斗机超声速内埋武器弹射投放分离安全性问题,采用高速风洞投放实验技术研究内埋武器从开式武器舱弹射投放分离动态运动过程,风洞投放模型试验过程中采用除垂直加速度不足外,其余全部运动严格相似的轻模型相似设计方法,并针对轻模型法垂直加速度不足所导致的投放垂直位移偏离实物位移问题,采用一种简单易行的公式修正法进行补偿,试验给出了不同初始弹射投放分离条件下,内埋武器从载机投放分离后运动轨迹与姿态角随分离时间的变化规律,试验马赫数Ma=1.5.研究结果表明:初始投放分离角速度对内埋武器投放分离后的运动轨迹及姿态角有较大的影响,当初始投放分离角速度ω_(z0)~s=0°/s时,内埋导弹出舱后先向下运动远离载机的流场干扰区,之后逐渐向载机方向抬升靠近并最终碰撞载机,高速风洞投放试验结果是不安全的,但经过公式修正后投放试验结果比较乐观,垂直方向运动仍然一直下降远离载机,这说明采用高速风洞投放试验得出的导弹不安全投放分离对真实载机来说不一定会出现,高速风洞投放试验结果比较保守.当初始投放分离角速度ω_(z0)~s=15?/s和ω_(z0)~s=30°/s时,内埋导弹投放分离后运动趋势几乎一致,均没出现向载机靠近的现象,内埋导弹具有一定的初始投放分离角速度有利于内埋武器的安全分离.

机载内埋武器弹射发射多柔体动力学分析

为深入研究载机在全包线发射条件下的导弹分离安全性,针对一种新型的双平行四边形弹射构型,采用基于ABAQUS和ADAMS的联合多柔体发射动力学仿真方法,得到导弹分离速度、角速度、过载、关键部件的动态载荷及弹架系统横向变形量。仿真结果表明,横向过载对弹架分离安全性、武器与载机的结构相容性有重大影响,并在此基础上提出一种优化弹架系统横向变形量的方法。

内埋武器重力分离特性分析

以某型飞机内埋弹舱为参考模型,考虑舱门的影响,采用数值仿真方法分析了重力分离方式下内埋武器的分离特性。针对分离过程中弹体俯仰角变化过大的问题,提出了通过改变弹体安装角来改善分离特性的方法。分析结果显示,低头安装角越大,弹体远离载机的速度越快,俯仰角变化越小。采用合适的弹体安装角可以实现内埋武器与机体的安全分离和快速点火发射。

内埋武器翼舱干扰分析

根据飞机的总体设计要求,为其内埋武器舱进行了武器、发射装置和使用维护等方面的设计。主要针对外挂导弹的弹翼过大、通过对舱内武器的弹射行程和弹射范围的研究来确定弹翼的裁剪设计,从而提供外挂导弹为满足布置挂载飞机内埋武器弹舱的改型依据。

内埋弹射武器机弹安全分离技术综述

分析了内埋弹射武器机弹分离物理过程的环境、内埋武器发射技术,介绍了国外部分风洞的现状,阐述了内埋弹射武器机弹安全分离技术的设计方法。

内埋武器投放分离相容性的风洞投放试验预测与评估

采用基于运动动力学相似的风洞投放试验对先进战斗机内埋武器投放分离相容性进行预测与评估,给出载机在不同飞行马赫数、攻角、弹舱长深比及舱内武器剩余数量、不同弹射力、折叠翼是否展开下,内埋导弹从载机弹舱投放分离后的运动轨迹和俯仰姿态角变化规律,研究这些因素对内埋导弹投放分离相容性的影响。结果表明:处于超声速飞行状态下(马赫数为1.5)的载机,攻角处于0°、2°、3°时投放内埋导弹后弹体俯仰角处于低头状态,利于攻击载机前下方敌方目标;在给定的初始分离条件下,对于两种不同的弹舱长深比,内埋导弹均能安全分离,但对内埋导弹俯仰方向运动影响较为显著;弹舱内武器剩余数量对内埋导弹分离特性影响较小,导弹能快速地远离载机干扰流场,投放分离后弹体俯仰角一直处于低头状态;随着内埋导弹初始分离速度增大,可使弹体快速地穿过载机的下洗流场,有利于内埋导弹与载机的安全分离;导弹的不同气动布局对内埋导弹分离相容性有一定的影响。

内埋武器高速投放风洞试验技术

在0.6m×0.6m量级亚跨超声速风洞开展了内埋武器弹射试验技术研究。研制的风洞双视角、高亮度光路系统和六自由度(6DOF)图像分析系统,可获得飞行器内埋武器弹射投放物全轨迹图像和气动参数。此试验技术可独立调节投放物弹射速度和角速度,并可保证弹射速度误差≤5%,角速度误差≤10%,重复率≥95%;新研制的高亮度光源系统使拍摄图像清晰度更高,模型迎角辨识精度≤0.2°,有利于模型运动轨迹分析;光路系统得到合理设计,便于使用双视角技术得到模型运动轨迹及6DOF数据。新技术已完成亚跨超声速、多体干扰复杂气动力条件下的风洞试验验证,各项参数均达到或优于已有技术指标,并多次为型号试验服务,满足飞行器内埋武器弹射投放风洞试验研究需求。

内埋武器机弹分离相容性研究进展综述

为满足新型有人或无人作战飞机高隐身、高速和高机动性等要求,作战飞机普遍采用武器内埋挂载方式。当高速气流流过内埋武器舱的空腔时,将引发边界层分离、舱口附近会存在复杂的剪切流动、舱内会产生极为恶劣的噪声环境等非定常流动现象,这些复杂的非定常流动现象严重影响内埋武器机弹分离相容性(ASSC)。首先,给出内埋武器机弹分离相容性的重要研究意义;接着,重点介绍内埋武器机弹分离相容性的研究进展;最后,论述和总结了国内外采用4种方法(理论分析与建模、风洞试验、数值模拟和飞行试验)研究内埋武器机弹分离相容性及其流动控制方法的进展,指出内埋武器机弹分离相容研究存在的主要问题,并给出几点建议。