无控飞行弹箭气动加热特性

针对无控飞行弹箭动态红外特征的数值计算问题,提出了一种计算其表面气动加热的数值方法。建立了155mm口径无控炮弹的六自由度刚体弹道仿真模型;取目标在亚声速、跨声速、超声速飞行状态下的弹道数据为来流条件,基于FLUENT进行了外流场数值模拟;分析了弹体表面压力、温度分布及驻点热流密度的变化规律,并与经验公式的计算结果进行了对比验证。结果表明,随着弹头曲率半径减小,驻点热流密度呈非线性增加趋势,马赫数越高,弹体表面的峰值压力和温度越高,且温度变化梯度越大;高温区集中于弹头及弹头部与圆柱部交接处,低温区分布在弹体尾部和底部,数值模拟与经验公式的计算值吻合较好。

高速飞行弹箭目标表面动态热辐射

针对红外系统实时跟踪捕获高速飞行弹箭目标的关键问题,提出了一种用于求解其全弹道动态红外辐射(IR)特性的方法.以典型155mm口径无控弹箭为研究对象,基于Simulink建立了模块化的6自由度(DOF)刚体弹道仿真模型,数值计算并分析了弹道诸元的变化规律.应用热网络法建立了弹体表面耦合换热动态热辐射场的物理模型,推导了弹箭高速旋转飞行的气动加热计算模型,并利用蒙特卡洛(M-C)法考虑了环境热辐射的影响.运用Runge-Kutta法耦合求解节点热平衡方程组,得到了动态气动表面传热系数、温度场以及红外辐射场的分布规律,对比分析了目标在整个飞行过程、不同部位、不同波段内的红外辐射特征.结果表明:目标发射后,其表面温度迅速升高,越靠近弹头部,温度升高速率越快,峰值温度越高;在飞行前20s内,其红外辐射特征明显;随着飞行速度衰减,热量散失较快,辐射强度较弱,且主要集中于8~14μm波段.

基于STK的弹箭半实物飞行实时可视化仿真

随着信息化时代的到来,在先前所建立的弹箭半实物飞行实时仿真系统的基础上,研究了弹箭飞行的实时可视化方案。因此,在弹箭半实物飞行的Windows+RTX实时仿真系统下实现与STK软件的RT3模块的实时数据传输与控制,从而实现弹箭飞行的实时可视化。结果表明:基于STK建立的弹箭半实物仿真实时可视化系统,可以在STK窗口看到弹箭飞行姿态和轨迹的变化,通过对姿态和轨迹进行分析,可以得到该可视化系统满足需要的实时性要求。

弹箭飞行仿真实时控制系统研究

文中完善了弹箭飞行仿真的实时控制系统,进而能够保证精确的定时和数据的同步,对提高飞行仿真系统的逼真度具有重要意义。目前应用最广泛的Windows操作系统,其实时性较差,将其作为弹箭飞行仿真的控制系统,会存在控制飞行的不确定性等问题。文中在Windows操作系统内核下引入RTX实时控制系统,完善了 Windows的实时控制性能,并对此进行试验验证。结果表明:该设计方法可以满足在Windows操作系统下弹箭飞行仿真的实时控制要求。

推力作用下细长弹箭横向振动及稳定性分析

该文分析了细长弹箭类飞行器在推力作用下的动力学稳定性和横向振动的频率与振型特性。将弹箭飞行器简化为非均匀的梁模型,推力定义为随动力,根据非保守系统的Hamilton原理,建立了随动推力作用下的非均匀梁振动分析数学模型,有限元方法用于分析模型的数值计算,得到了均匀梁模型和典型弹箭飞行器模型的结构振动特性和动力学稳定性随推力变化的情况。结果表明:随动推力会诱发弹箭飞行器的动力学失稳;推力同时影响结构的横向振动的频率和振型特性,在推力作用下模态振型的波谷沿模型发生移动,振型的幅值亦会发生改变。

高速自旋飞行体的气动加热特性

一种典型的弹箭类高速自旋飞行体为例,选取目标在超声速、跨声速、亚声速飞行状态下的弹道计算数据作为来流条件,结合滑移网格和多坐标系法,采用基于密度的耦合隐式算法、Roe-FDS(flux difference splitting)通量格式和SST(shear stress transfer)k-ω湍流模型,对飞行体的外流场进行了热流模拟研究。重点分析了目标在高速自旋飞行条件下的壁面压力、温度、气流密度、热流率、湍流动能等变化规律,并与不考虑飞行体高速自旋的流场进行了对比研究。研究结果表明:在高速自旋飞行条件下,飞行体表面的流线相互干扰,贴壁气流对飞行体产生的扰动更加剧烈,飞行体尾部的气流集聚效应明显,湍流发展与演化过程更加复杂,飞行体壁面的气流速度、压力、温度、热流率均高于无转速飞行情况,尤其在超声速飞行条件下的差异显著。