一种适用锥头体的嵌入式大气数据传感系统改进校准算法

嵌入式大气数据传感系统的空气动力学模型基于钝头体推导,该模型是否适用于锥头体尚未得到证实;对一典型锥头体进行了空气动力学模型适用性验证,验证结果表明该空气动力学模型用于锥头体时动静压相对误差超过了2.5%;对此,提出了一种适用于锥头体的改进校准算法,并且进行了仿真验证;仿真结果表明动静压相对误差小于0.5%,改进的校准算法有效消除了模型误差。

大口径锥头弹体高速倾斜入水偏转规律数值模拟

结合某大口径锥头弹体高速倾斜入水试验,采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)流固耦合方法对弹体倾斜入水偏转行为进行数值模拟,研究了弹体以500 m/s高速倾斜入水过程中不同受力模式、载荷变化特征以及弹体发生偏转的力学机理,分析了入水角度对弹体偏转规律的影响。结果表明:在俯仰力矩作用下,弹体均发生抬头方向偏转,且偏转速度呈现先增大后减小的趋势,偏转程度在不同入水角度范围内呈现不同的变化趋势。当入水角度小于15°时,弹体会发生“跳弹”现象;当入水角度为30°~60°时,弹体偏转趋势基本一致,均由初始倾斜状态逐渐转动至水平状态、竖直状态并最终以弹头入水反方向的“出水”姿态向水下运动;当入水角度为75°时,弹体转动至水平状态后,并未继续偏转至竖直状态,弹头以朝斜上方的姿态向水下运动;弹体的入水侵深随入水角度的增大而增大,且增大趋势近似满足指数函数关系。

锥头弹体攻角贯穿薄钢靶数值模拟

为了研究攻角对锥头弹体贯穿薄钢靶破坏模式和弹体偏转的影响,利用 ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了锥头弹体以 2°~10°攻角贯穿薄钢靶的模型。先验证了模型及参数的可靠性,在此基础上进行了锥头弹体在不同攻角和初始速度条件下的贯穿数值模拟。结合靶板的破坏与弹体的偏转过程提出了一种四阶段分析模型,并系统地研究了攻角对弹道和弹体偏转角变化规律的影响。结果表明:攻角贯穿薄钢靶失效模式为非对称花瓣形破坏;攻角越大,初始速度越小(大于弹道极限速度),弹道偏转越明显;弹体偏转角变化规律与初始速度范围相关,当初始速度高于 1.4 倍弹道极限时,弹体偏转角呈现先增大后减小的变化趋势;弹体出靶时刻的角速度随攻角的增大而增大,随着初始速度的增加先反向增大后减小。

锥体弹头的嵌入式大气数据传感系统组合算法

嵌入式大气数据传感(FADS)系统空气动力学模型基于钝头体推导,该模型适用于锥头体解算大气数据,但存在一定的模型误差。为消除模型误差,分析了锥头体模型误差产生的机理,提出了一种FADS系统组合算法,并对某一典型锥体弹头进行了仿真验证。仿真结果表明:动静压相对误差在0.05%以内,每组大气数据解算平均耗时在20ms以内,该算法有效提高了大气数据解算精度和实时性。

锥头航行体高速斜入水的空泡流动特性数值研究

数值研究弹体高速斜入水过程,考察空泡、流体动力特性和运动稳定性的变化规律。数值模型采用基于Realizable k-ε湍流模型的雷诺平均方法(RANS),并与模型试验结果进行对比,验证了该数值模型的精度。基于该方法模拟不同倾角下锥头弹体高速斜入水过程,考察弹体入水从初始撞击、开空泡的形成与发展、颈缩、表面闭合和溃灭等多个阶段。研究表明:空泡表面闭合时间随倾角的增大而提前;在撞击水面瞬间,弹体表面承受巨大砰击载荷,在弹头形成局部高压,其峰值随倾角的增大而增大。随着入水倾角增大,弹体偏转角和横向位移减小,具有更好的弹道稳定性。