窄條翼布局飛彈搖滾特性及流動機理研究

《窄條翼布局飛彈搖滾特性及流動機理研究》是依託中國空氣動力研究與發展中心，由吳軍強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：窄條翼布局飛彈搖滾特性及流動機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳軍強
• 依託單位：中國空氣動力研究與發展中心

項目摘要

窄條翼布局是現代高機動戰術飛彈採用的一種典型布局形式，其特點是在彈身中後部和尾舵的正前方布置極小展弦比窄條翼。這種布局在大迎角範圍內（60 ）法向力隨迎角一直單調增加，能提供足夠的轉彎升力和過載能力，縱向特性優異。不足之處是窄條翼會帶來十分複雜的翼/舵干擾，氣動特性隨滾轉角和迎角變化規律複雜，在亞跨聲速範圍快速機動時，容易產生氣動/運動耦合干擾，誘發非指令的自激搖滾振盪，影響飛彈控制和任務遂行。目前，尚不清楚窄條翼飛彈的搖滾運動規律，對搖滾運動的產生機理和氣動/運動耦合特性更缺乏認識。本項研究擬在發展搖滾運動的氣動/運動高階緊耦合計算方法的基礎上，結合高速風洞自由搖滾試驗、數值計算來研究窄條翼飛彈的搖滾運動特性，分析窄條翼布局對搖滾特性的影響，掌握搖滾運動的產生機理和氣動/運動耦合特性。

結題摘要

窄條翼布局飛彈在大迎角範圍內（60°）法向力隨迎角一直單調增加，能提供足夠的轉彎升力和過載能力，縱向特性優異。不足之處是窄條翼會帶來十分複雜的翼/舵干擾，氣動特性隨滾轉角和迎角變化規律複雜，容易產生氣動/運動耦合干擾，誘發非指令的自激搖滾振盪，影響飛彈控制和任務遂行。為此，本項目設計了一個窄條翼布局飛彈標模，深入研究布局參數對搖滾運動的影響規律和流動機理。 發展了基於全N-S方程和預估校正法的氣動/運動緊耦合計算方法。控制方程為全NS方程和剛體六自由度運動方程；流場求解器採用Roe格式，時間推進採用雙時間步法，湍流模型為S-A一方程模型；採用Adams預估校正法實現飛行力學方程與流場控制方程的耦合計算。計算表明，採用雙時間步三階Adams預估校正耦合方法，在保證一定計算精度前提下，可以顯著增大時間步長，縮短仿真時間。 融合試驗和計算兩種手段深入分析了搖滾特性及流動機理。試驗結果表明，去掉窄條翼或尾舵，模型均不會進入搖滾，說明搖滾運動與窄條翼和尾舵干擾密切相關。針對基準狀態開展了大量搖滾運動數值模擬，試驗振幅為16°、頻率為14Hz，而計算振幅為16.1°、頻率為14.3Hz。流場和部件穩定性分析結果表明，氣流經過窄條翼時形成的片渦在搖滾過程中具有明顯的遲滯效應，並對背風舵產生強烈的干擾，抑制了尾舵渦的形成和發展，使背風舵動態失穩，導致模型進入極限環搖滾。採用常規非線性動力分析理論，推導出失穩判據是動導數等於0，並結合搖滾試驗和動導數計算結果，驗證了該準則也是模型進入搖滾的Hopf分叉條件。 通過本項研究，摸清了窄條翼布局飛彈搖滾特性的演化規律及流動機理，獲得了窄條翼布局參數對搖滾特性的影響，可為該類飛彈布局設計提供重要參考。此外，本項目發展的氣動/運動緊耦合計算方法還被成功套用於多自由度模擬和翼身組合體搖滾計算，明確了前體形狀對搖滾的影響機制，對飛機布局設計具有一定價值。