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大长径比弹箭弹性变形的数值模拟及其气动特性研究

杨国良  
【摘要】:为了符合现代战争高速度、高机动性、高精度和远程打击的需求,弹箭的长径比逐渐变大。然而随着弹箭长径比的增加,引起弹箭表面的外流场发生变化,使弹箭的气动布局重新分布,弹箭的抗弯强度和横向弯曲振动的固有频率降低,在弹箭的发射和飞行过程中会产生横向弯曲振动,即发生柔性变形,从而改变了弹箭的飞行姿态,影响了弹箭的机动性,降低了弹箭远程打击的精度。因此,要研究弹箭的气动特性和柔性变形,就必须把弹箭的气动特性与柔性变形相结合起来,两者统一起来才能更好地对大长径比制导弹箭进行研究。 首先,本文采用数值模拟的计算方法对弹箭进行数值计算,建立不同长径比弹箭模型,研究不同长径比弹箭的气动特性在不同攻角和不同马赫数下的变化规律,并且通过风洞实验验证了计算结果的正确性。 然后建立不同振型时发生柔性变形后的弹箭模型,研究在不同振型时弹箭发生柔性变形后对弹箭气动特性的影响,得到发生柔性变形后弹箭的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数在不同攻角和不同马赫数下的变化规律。对比分析不同振型和刚体模型弹箭的静稳定储备量,得到弹箭飞行稳定性与柔性变形的相互关系。 最后采用流固耦合的数值计算方法对不同马赫数和不同攻角下自由飞行的弹箭进行耦合分析,得到了大长径比弹箭在自由飞行过程中柔性变形的变化规律、变形量的大小和弹体变形后全弹的应力分布情况。 计算结果表明用数值计算方法所得到的大长径比弹箭的气动特性的变化规律符合常规弹箭的气动特性特征,采用流固耦合计算所得到的柔性变形及应力分布也符合弹箭一阶振型模式。本文的工作可以为大长径比弹箭的设计与研究提供相关参考。


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