某微型导弹气动特性工程估算与数值仿真研究

微型化是空空导弹发展的一个重要方向,美国在导弹微型化方面已经取得一些进展。气动特性研究对微型导弹的控制系统和弹道设计具有重要意义,利用工程和数值方法对某微型导弹气动力系数进行仿真,以风洞实验数据为基准对仿真结果的相对误差进行分析。结果表明,两种仿真方法都能够得到与风洞实验相符的结果,其中数值仿真精度相对误差最大为12.42%,相较于工程方法(相对误差不大于27.31%)精度更高,但是在微型导弹初始方案设计阶段,工程方法计算效率更高。

基于PINN模型的导弹气动特性快速预测技术

随着内嵌物理机理神经网络(PINN)模型的兴起,PINN模型开始应用于许多学科领域。为了实现导弹气动特性的快速预测,借助工程算法,构建了导弹气动数据集,以此训练导弹气动特性预测模型,包含基于多任务学习的神经网络(MTLNN)模型及在MTLNN模型基础上内嵌物理知识的PINN模型。数值模拟通过选取测试集,对比了MTLNN模型和PINN模型的预测效果,结果表明:PINN模型的预测精度较高,且基本控制在1%以内。探究PINN模型的泛化能力,测试集选取导弹气动数据集包络范围之外的数据,PINN模型预测精度仍然高于MTLNN模型。由于PINN模型引入了气动特性参数之间的物理机理,模型对训练样本数量的依赖程度降低,可以进一步节约数据获取成本,为导弹优化设计提供有力工具。

大长径比变后掠翼导弹的颤振特性分析

为了增大导弹的内部空间,同时减小空气阻力,导弹外形日益趋于大长径比机构,而这样的设计易造成导弹低频颤振等明显的气动弹性问题。为解决上述问题,可通过调节导弹的气动外形,改变系统气动特性,达到抑制颤振的作用。针对变体飞行器技术之一的变后掠翼展开研究,围绕大长径比导弹的颤振问题,揭示飞行速度对导弹飞行时颤振特性的影响规律,而后验证通过改变导弹后掠角主动抑制导弹颤振方法的可行性,为解决导弹的颤振问题提供理论支撑。

基于贝叶斯超参数优化的Gradient Boosting方法的导弹气动特性预测

在导弹设计与研发的初期阶段,需要寻求高效且低成本的导弹气动力特性的分析方法。然而,气动性能分析过程中往往存在试验成本高、周期长、局限性大等问题。因此,本文采用基于提升(Boosting)的机器学习集成算法进行导弹气动特性预测,通过输入导弹的气动外形参数、马赫数和迎角,对于导弹气动力系数实现快速预测。结果表明,Boosting能够对导弹气动力系数进行精准高效预测。为进一步提升预测精度,与传统的机器学习参数调整方法相比,采用贝叶斯优化方法对梯度提升(Gradient Boosting)算法超参数进行优化,调优后的Gradient Boosting方法预测的导弹气动力系数与实际值吻合度得到提升,并将贝叶斯优化的Gradient Boosting方法与XGBoost、LightGBM、Adaboost方法进行了对比,贝叶斯优化的Gradient Boosting方法预测精度优于其他Boosting方法,证明了优化方法的可行性与有效性。

格尼襟翼对旋转导弹气动特性的影响

旋转导弹多采用斜置尾翼产生滚转力矩,但存在转速稳定性差等问题,影响了命中精度。为改善旋转导弹气动特性,本文采用在导弹尾翼后缘放置格尼襟翼的方式代替传统斜置尾翼产生滚转力矩。通过数值模拟方法,研究了不同高度格尼襟翼对导弹气动特性的影响规律,并与斜置尾翼模型进行对比。结果表明:格尼襟翼能够产生保持导弹旋转的滚转力矩,且格尼襟翼高度增加,滚转力矩增大;相比斜置尾翼,格尼襟翼能够为导弹提供更大的滚转力矩,对导弹侧向力的影响相对更小。不同来流马赫数下格尼襟翼的操纵效率略有差异,亚声速来流时,格尼襟翼产生的滚转力矩随着导弹迎角增加而减小;超声速来流时,格尼襟翼产生的滚转力矩几乎不随迎角变化而改变,与亚声速来流相比,格尼襟翼的操纵效率降低。进一步通过分析流场揭示了格尼襟翼产生滚转力矩的流动机理:格尼襟翼使得导弹尾翼后缘附近产生非对称流动,以致各尾翼出现非对称的压力差,从而产生保持导弹旋转的滚转力矩。

不同变体方式下的巡飞导弹空气动力特性研究

变体巡飞导弹是一种很有发展潜力的新型导弹,可用于初段反导及反预警机(AWACS)作战等。为确保变体巡飞导弹满足任务所需的续航和高速突防要求,文中在参考了美国“战斧(BGM-109 Tomahawk)”巡航导弹部分参数的基础上,通过改进导弹的气动外形,设计并建立了巡飞导弹模型;在分析可能的变体方式基础上,着重从变后掠翼、折叠翼变体和伸缩翼变体3种方式进行了导弹外形设计,并利用Fluent软件仿真计算不同变体状态、不同飞行马赫数时的升阻比、升力系数和阻力系数,再用Tecplot软件对仿真结果进行后处理,从而直观分析不同变体方式的空气动力特性。通过对仿真计算数据进行综合比较,给出了3种变体方式导弹的使用建议,并提出了后续实物静力加载和风洞试验等研究内容,为变体巡飞导弹的设计与实现提供了参考依据。

导弹气动特性与载荷计算

较系统地总结了导弹气动特性和气动载荷计算方面的理论和经验算法,根据细长体理论干扰因子法结果得出了导弹部件升力的计算公式,编写了可用于估算导弹气动特性和气动载荷的软件。通过算例证明,软件的计算结果能够满足初步设计阶段的精度要求。最后用该软件对某在研型号导弹进行气动特性和载荷的计算,给出了计算结果。

鸭式布局导弹滚转控制时的侧向气动特性

为研究鸭式布局导弹滚转控制时鸭舵下洗在尾翼上引起的滚转力矩,并揭示该力矩引起的侧向气动力的特性,对鸭式布局导弹进行了滚转控制的风洞实验,得到了鸭舵洗流对侧向气动特性的影响规律;以三维NavierStokes方程为控制方程,对滚转控制时导弹的流场进行了数值模拟,得到与风洞实验相似的侧向气动特性的变化规律。分析了滚转控制时引起的导弹各部件表面压力和侧向力分力,结果表明:侧向力是由鸭舵洗流在弹身左右两侧不对称干扰引起的;侧向力和偏航力矩随滚转舵偏角的负向增大而增大。

基于工程和数值方法的导弹气动特性计算

导弹气动特性对导弹设计及使用具有重大意义,气动特性的确定是弹道计算、控制参数的选择和结构强度设计的原始依据,其优劣直接影响导弹的飞行性能。针对某型导弹风洞模型,采用一般工程计算方法及FLUENT软件,分别从工程与数值两个方面对其在亚声速条件下的气动特性进行研究,然后将计算所得的主要气动力系数与风洞实验结果进行对比,从而对不同计算方法的精度进行评价。结果表明,二者所计算的气动参数在一定范围内满足工程设计的精度要求,能较为准确地反映导弹的气动特性。

机载导弹折叠舵展开气动特性试验研究

针对采用折叠舵的机载导弹发射后,舵面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性特别是折叠轴扭矩进行研究。主要分析了展开角、来流马赫数、侧滑角对外翼面气动力的影响。研究发现,随着展开角的增加,外翼面气动力以及折叠轴扭矩均有不同程度增加;马赫数对外翼面的力及扭矩影响不大;随着侧滑角增加,外翼面受力及扭矩逐渐增加,增量与展开角有直接关系。

导弹气动性能对弹体响应特性影响分析

防空导弹具有拦截时间有限、反应时间短的特点,响应快速性对于导弹拦截能力至关重要。国内外导弹总体设计的专著中对响应快速性的研究很多,但均未对其影响因素做系统论证,对于布局形式对响应特性影响未有严谨说法,特别是弹体气动非线性对弹体响应快速性的影响还未见纸端。首先建立弹体响应特性的动力学模型,推导了弹体开环响应传函;随后对影响响应特性的参数进行分析,分别研究了导弹静稳定度、气动布局形式、气动非线性对弹体开环响应特性的影响;最后,通过典型算例对分析结果进行数值仿真。通过分析和仿真结果显示,静稳定度是影响弹体开环响应特性的主要因素,静稳定度越大响应快速性越好,气动布局形式并不能有效提高弹体的开环响应快速性,升力线斜率与气动压心的非线性在一定程度上对弹体开环响应特性的提高是有益的。

有翼导弹动态气动特性数值研究

为准确预测飞行器的机动特性,故开展其动态气动特性研究。应用非结构动网格技术建立了可模拟飞行器作周期性俯仰运动的强迫振荡法。选取NACA 0012翼型为研究对象对该方法进行验证,进而计算了有翼导弹Finner在各马赫数下的静、动导数,并分析了Finner导弹在不同减缩频率下的动态气动迟滞特性。结果表明,文中方法能够有效模拟有翼导弹在不同马赫数下的动态气动特性,结果正确可靠,具有较高的工程应用价值。

遭毁伤巡航导弹气动特性风洞实验研究

通过对“战斧”多用途巡航导弹风洞实验模型的设计和不同马赫数、攻角及侧滑角下气动特性参数的测试,得到弹翼折弯角对侧向力系数、偏航力矩系数、升力系数以及前部阻力系数的影响规律.结果表明,随着弹翼折弯角的增大,侧向力系数和偏航力矩系数近似呈线性增长,这种影响随马赫数增大而增强,但对升力系数、前部阻力系数、滚转力矩系数、俯仰力矩系数等特性参数的影响并不显著.

不同栅格壁形状的栅格翼导弹气动特性对比研究

针对栅格翼在导弹上具有重大的应用价值,研究不同格壁形状的栅格翼导弹气动特性。通过介绍控制方程、边界条件和计算条件,采用FLUENT数值模拟的方法研究四角形格壁、菱形格壁和矩形格壁3种格壁形状的栅格翼导弹气动特性,并通过计算分析得出栅格翼导弹的升阻比在研究范围内随着马赫数变化而变化,3种模型变化趋势基本一样。分析结果表明:四角形格壁栅格翼型导弹和菱形格壁栅格翼型导弹的气动性能,优于矩形格壁栅格翼型导弹。

带进气道的面对称布局战术导弹气动特性工程估算

随着导弹技术的不断发展和非接触式作战样式的出现,需要有一套快速的工程方法来估算带进气道的战术导弹的空气动力性能。针对带有进气道的面对称布局战术导弹,基于大量的研究和实验结果以及工程经验,把进气道视作极小展弦比的部件,建立了进气道法向力与压心计算的简化模型,采用部件组合法发展了一种适用于带有进气道的布局形式、计及非线性影响的战术导弹气动力和动导数工程估算方法及程序,计算结果与实验数据吻合较好。

导弹气动特性工程计算通用程序设计与研究

以三级以下弹箭常见的气动外形为计算模型，编制了气动特性工程计算通用程序（ＡＤＭ系统），该软件适用于计算马赫数０～１０、飞行攻角０～３０°范围内多种火箭和导弹的气动参数。利用风洞实验数据详细检验了计算误差，除跨音速段外，升力、阻力系数计算误差分别小于３％和３．５％，压心系数误差小于１％。经过防雹火箭和探空火箭使用验证，该程序用于火箭设计是可靠的。

鸭式布局旋转导弹气动特性研究

对鸭式布局旋转导弹气动特性研究进行了综述。介绍了旋转气动特性、鸭式布局气动特性,以及鸭式布局旋转气动特性的研究成果。鸭式布局旋转导弹的流场中包含丰富的涡系结构,其气动特性存在典型的非线性、非定常特点。数值计算和风洞试验表明,纵向气动特性随转速变化不大,用准定常理论可解决旋转弹纵向气动力计算问题;导弹的马格努斯效应随攻角变化呈现非线性变化趋势。定常和非定常数值计算研究表明,鸭式布局前升力面产生的非定常自由涡是影响导弹气动性能的关键。

炮射导弹气动特性数值计算

为解决炮射导弹静稳定度低的问题,提出了两种针对尾翼的优化方案.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到了炮射导弹外形优化前后的气动特性参数,气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.研究结果表明,两种尾翼优化方法均可有效地提高炮射导弹的静稳定度,并增加升力.

一种导弹模型气动特性的数值分析

为研究十字形尾翼导弹模型的空气动力学的特性,通过三维建模软件对导弹模型三维实体化,并通过网格划分软件对三维模型进行网格划分,采用Fluent中湍流Spalart-Allmaras模型对导弹模型的气动特征进行分析。采用数值模拟的方法来研究空气绕流此导弹模型的流动情况,并分析导弹在不同马赫数和不同攻角时空气动力、力矩、阻力系数、升力系数变化规律。研究的结果对十字型尾翼导弹的气动动力设计及后续飞行控制系统的设计有重要的意义。

多片弹翼反坦克导弹气动特性实验研究

以美国的'新标枪'轻型反坦克导弹外形为基础,采用部件组合法设计一组风洞实验模型,进行六分量测力实验,实验马赫数范围为0.3～0.5,攻角范围为-1°～15°.实验结果表明:弹翼片数从4片增加至8片可使模型在所实验的马赫数范围内静稳定,法向力、法向过载可提高40%以上,而零升阻力增加量不到5%.对于正常式布局亚声速飞行的轻型反坦克导弹,8片弹翼可能是最佳的选择.