鸭式布局二维修正双旋弹角运动及转向响应特性分析

为研究鸭式布局双旋弹受控状态下的动态响应规律,对弹丸角运动特性及转向响应特性进行理论分析。基于7自由度刚体弹道模型,求解弹丸受控状态下的攻角瞬态及稳态解析解,并推导弹丸瞬态及稳态转向响应解析表达式。研究控制指令更新周期、射角、转速及初速对转向响应特性的影响。研究结果表明:输入控制力方向对转向响应相移角影响较小;控制指令更新周期较短时,在弹道顶点相移角瞬态解与稳态解相差较大,采用瞬态解修正后弹丸横纵向耦合程度较低,随着指令更新周期的增大,转向响应相移角瞬态解逐渐趋于稳态解;相移角稳态解随转速增加而减小,随初速增加而增加。通过实验数据验证了理论的正确性。研究结果可为鸭式布局双旋弹二维修正控制系统分析设计提供理论依据。

新型双机身鸭式布局无人机气动特性

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。

不同尾翼鸭式布局远程弹在跨/超声速的气动特性实验研究

为了研究鸭式布局远程弹尾翼对气动特性的影响,设计了无尾翼,'T'型尾8翼,栅格尾翼三种尾翼布局,通过风洞测力实验研究不同布局在不同马赫数及迎角状态下对远程弹气动特性尤其是滚转特性的影响。实验结果显示:安装'T'型尾翼的模型和安装栅格尾翼的模型相比,在跨声速阶段,其升力特性优于栅格尾翼,也更利于滚转控制,但在超声速区域,栅格尾翼模型具有明显的升力特性优势,同时也容易进行滚转控制,而减小阻力是栅格翼将来需要解决的问题。

鸭式布局气动耦合问题研究

鸭式布局指空气舵位于飞行器前部,与正常式布局相比,鸭式布局空气舵的控制效率高、响应快、升阻比大,可以实现飞行器较小外包络尺寸约束下的强机动、高过载需求。同时,鸭舵尾迹作用在弹身/尾翼上产生较强的三通道气动耦合问题。通过对鸭舵控制三通道耦合机理的研究,针对鸭舵控制耦合的问题给出工程解决方案。

鸭式布局火箭滚转特性试验研究

以某鸭式布局的简控火箭为研究对象,首先通过模型风洞试验获取了其气动特性参数,然后以此为基础重点对其滚转特性进行分析,给出了利用鸭舵实施火箭滚转控制的可行性方案,最后通过飞行试验进行了验证。

自旋尾翼鸭式布局导弹的滚转特性

分析鸭式布局导弹的滚转耦合机理,进行固定尾翼鸭式布局导弹和自旋尾翼鸭式布局导弹的风洞试验.实验结果表明,对固定尾翼鸭式布局导弹,当鸭舵做副翼偏转进行滚转控制时,在导弹上产生数值很大的反向诱导滚转力矩,使鸭舵难以进行滚转控制;尾翼自旋减小了鸭舵副翼偏转进行滚转控制时导弹上产生的反向诱导滚转力矩,使鸭舵能对导弹进行滚转控制.尾翼自旋是实现鸭舵/尾翼气动解耦,使鸭舵进行滚转控制的有效措施.

基于数值虚拟飞行的自旋尾翼鸭式布局弹箭动态气动特性研究

基于数值虚拟飞行技术,研究自旋尾翼鸭式布局弹箭尾翼姿态变化对弹体气动特性及操控性的影响。通过耦合求解非定常流动控制方程、刚体动力学方程以及舵偏控制率,对自旋尾翼鸭式布局弹箭的俯仰机动过程以及闭环滚转控制过程进行了模拟。结果表明:弹体作纵向机动,自旋尾翼处于"十"型姿态时鸭舵洗流的作用最显著,尾翼旋转运动对弹体俯仰操控能力有一定程度减弱,但对俯仰振荡收敛时间以及平衡姿态角影响较小;在滚转姿态控制过程中,采用自旋尾翼时的滚转控制力矩是采用固定尾翼的3倍以上,且全弹的俯仰气动特性基本不受影响。

鸭舵式迫击炮弹气动特性研究

可动双翼鸭舵式新型迫击炮弹的气动布局区别于传统固定鸭舵式修正迫弹,表现出不同的气动特性。基于计算流体动力学方法,采用气动分析软件对某新型迫弹进行气动仿真计算,获得不同条件下弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数变化规律及舵翼的受力情况。数值模拟结果表明:弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数随攻角和马赫数的增加而增大;舵翼力随舵偏角和马赫数的增加而增大;双翼鸭舵式迫弹整体气动特性良好。计算结果对可动舵翼修正弹的研究及设计具有一定的参考价值。

近距耦合鸭式布局气动研究进展

介绍了近距耦合鸭式布局的基本设计思想。从实验、数值计算两个角度对近距耦合鸭式布局气动方面的研究进展进行了综述,重点对近距耦合鸭式布局增升机理方面的研究进行了总结。并对尚待解决的问题进行了展望。

近距耦合鸭式布局复杂涡系的干扰机理

在不同的迎角范围内,通过求解雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程模拟了雷诺数Re=2.4×105下,鸭翼和机翼前缘后掠角均为50°的近距耦合鸭式布局简化模型的绕流结构,并与该模型的风洞测力和水洞流动显示实验结果进行了比较和验证,分析了鸭翼涡和机翼涡在不同迎角下的演变过程.根据鸭翼的不同作用效果,将迎角范围划分为3个区域,分析了各个迎角范围内的主要作用机制.鸭翼涡与机翼涡的演变和干扰过程虽然极为复杂,但可将其概括为诱导、卷绕和破裂作用.分析结果表明:中大迎角以后鸭翼涡都会对主翼涡产生有利影响,尤其在中大迎角下,卷绕起到了主导作用,鸭翼涡产生的增升效果也最好.

大迎角下机翼后掠角对近耦合鸭式布局增升及流态的影响

在风洞中利用测力及油流显示技术对不同后掠三角鸭翼和不同后掠三角机翼构成的鸭式布局在大迎角时的增升及流态特征进行了研究。通过测力给出了机翼后掠角对近耦合鸭式布局升力系数增量在大迎角时的影响规律,并通过油流显示对其影响的机理进行了探讨和分析。研究表明,鸭式布局是否增升受迎角和机翼后掠角的共同影响。在研究的迎角范围内的特定迎角下,与小后掠机翼构成的鸭式布局相比大后掠机翼构成的鸭式布局具有更好的增升效果,原因在于小后掠三角翼前缘涡随迎角变化时易于破裂,鸭翼对破裂涡,特别是完全破裂涡流态有较好的改善作用。

鸭式布局飞机水洞流场显示研究

为探讨鸭式布局飞机全机流场随迎角的演变规律 ,分别对无鸭翼布局与鸭式布局两种情况于北航大水洞进行了染色液流场显示实验。同时 ,为与水洞结果对比分析 ,给出了风洞测力部分结果。鸭式布局模型除鸭翼以外 ,包括机身、基本翼、翼前小边条及垂尾和腹鳍 ,其中鸭翼相对机身负偏 1 0°。显示结果表明 ,对两种布局而言 ,涡系结构都非常复杂。无鸭翼布局的机身涡很强 ,且机身涡对边条涡、翼根涡有明显诱导作用 ,三涡相互绕合并向展向偏折。鸭式布局的机身涡由于鸭翼存在其强度变弱 ,边条涡与翼根涡绕合趋势增强 ,两涡最终合并为单一集中涡并向外翼偏折 ,且其涡核位置较无鸭翼布局更靠近机翼前缘。鸭式布局主翼涡破裂较无鸭翼布局有所延迟 ,但鸭翼自身涡系破裂较早。

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。

在近距耦合鸭式布局中的涡系结构

在近距耦合鸭式布局的机理研究中,主翼涡和鸭翼涡的干扰方式一直是研究的关键。通过激光片光实验观察了低雷诺数时上翼面主翼涡和鸭翼涡的相互位置,进而分析了在低雷诺数时主翼涡和鸭翼涡的干扰方式。研究表明,鸭翼涡和主翼涡的干扰行为包括卷绕和诱导(影响相互位置或下洗),但不同强度的鸭翼涡和主翼涡的干扰结果不同。通过初步分析,提出了一个统一的涡系干扰模型。

鸭式布局制导火箭弹气动特性数值计算

为分析气动外形对鸭式布局制导火箭弹气动特性的影响,设计了两种具有不同尾翼的制导火箭弹模型,以三维Navier-Stokes方程为控制方程,采用结构网格、k-ε模型对制导火箭弹的绕流场进行了数值模拟,得到了两种结构方案下制导火箭弹的气动特性参数。研究结果表明,相较于6片尾翼设计方案,采用4片尾翼设计方案的制导火箭弹具有更大的升阻比,且静稳定性更好。

鸭式布局导弹滚转控制的气动外形设计

通过对鸭式布局导弹诱导滚转力矩的产生机理进行分析和研究,提出了改善常规鸭式布局导弹的诱导滚转特性的途径和措施,对这些改进措施的使用特性进行了分析和论述。

鸭式气动布局导弹流场数值模拟

采用以N-S方程为主控方程的数值模拟方法,进行固定尾翼鸭式气动布局导弹的气动特性和流场数值模拟。系统介绍了文中所用的数值仿真方法。基于气动特性和流场分析研究了固定尾翼鸭式气动布局导弹的流场特性和气动特性,分析结果显示,在尾翼固定的状态下利用鸭舵的差动偏转进行滚转控制效率较低,基于流场仿真结果分析了鸭舵-尾翼间的滚转耦合机理。

非共面近距耦合鸭式布局鸭翼展向脉冲吹气增升特性

对40°前缘后掠角的主翼和40°前缘后掠角的鸭翼所构成的近距耦合鸭式布局简化模型进行了风洞测力、测压实验,系统研究了鸭翼展向脉冲吹气的增升效果,给出脉冲吹气频率以及脉冲宽度与布局升力之间的变化关系。测力结果表明,鸭翼展向吹气提高了该布局在大迎角时的升力,延迟了失速。测压结果表明,鸭翼展向脉冲吹气改善了中大迎角时主翼翼面流态,增加了翼面吸力峰值,延缓了涡的破裂。这说明利用鸭翼展向脉冲吹气涡控技术,可以直接改善鸭翼流场,继而间接改善主翼流场。

鸭式导弹尾翼滚转特性数值研究

为了分析鸭式布局导弹翼面滚转特性,采用求解三维可压缩雷诺平均N-S方程组的方法,分析研究表明,鸭式布局导弹尾翼诱导滚转力矩主要来源于翼面。当舵面进行差动偏转进行滚转控制时,不对称下洗流动会上在翼面附加滚转力矩,这种影响随攻角变化。

鸭式布局大迎角复杂涡系干扰与控制技术

为了充分探讨近距耦合鸭式布局在大迎角机动飞行中的气动特点和控制技术,通过总结大量的流动显示和测力测压实验,以大迎角下鸭翼涡和主翼涡的干扰机理研究结果为基础,开展了鸭式布局涡系控制研究,旨在提出一种有效可行的大迎角鸭翼涡控制技术。结果表明:在鸭式布局中,鸭翼涡和主翼涡之间的干扰方式主要表现为涡系诱导、卷绕和破裂,特别是在大迎角下鸭翼涡与主翼涡在主翼头部区域通过诱导作用,在向下游发展中相互卷绕合并成单一集中涡,该集中涡后期因受逆压梯度和黏性的作用而出现破裂,由此将会明显损失涡升力,同时增加阻力。在这种情况下,如果对鸭翼进行展向吹气,可通过控制鸭翼涡,影响主翼涡的演变,改变涡系的诱导和卷绕,从而可以有效延迟主翼涡的破裂,达到增升减阻的作用。鸭翼展向脉冲吹气是通过迟滞效应而节省吹气量的有效方法,实验发现提高占空比、脉冲频率,可以使布局在较低的引气量下达到连续吹气的增升效果;在相同的增升效果下,脉冲频率越高,脉冲占空比越大,节省的吹气量也越大,在28°迎角时以0.3的吹气动量系数进行频率为5 Hz、占空比为0.2的脉冲吹气,即可达到以0.25的吹气动量系数连续吹气的升力幅值,节省吹气量可达76%。