兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2607-2616.doi: 10.12382/bgxb.2023.0402
收稿日期:
2023-05-09
上线日期:
2023-07-15
通讯作者:
ZHAO Xinxin, SHI Jinguang*(), WANG Zhongyuan, ZHANG Ning
Received:
2023-05-09
Online:
2023-07-15
摘要:
鸭舵式双旋弹通过调节前体滚转角方位进行弹道修正,建立准确的舵翼控制力模型是深入研究其弹道特性和进行弹道设计的关键。综合考虑弹体和各片舵翼之间的干扰作用,在非滚转系中利用傅里叶级数对前体纵向对称面相对复攻角平面方位改变产生的周期性效应进行变换,建立适用于该类炮弹大攻角飞行的精确舵翼控制力工程计算模型,从原理上显示其与四片舵翼结构参数、复攻角幅值和相位以及前体滚转角方位间的关系。通过计算流体力学数值方法对不同前体滚转角和复攻角下的舵翼控制力进行仿真分析。研究结果表明:受一对减旋舵和操纵舵的法向力共同影响,舵翼控制力的大小和方向变化均呈现出强非线性特征,在大攻角条件下尤其突出;在任意复攻角和前体滚转角情况下,所建模型能够准确描述鸭舵式双旋弹的舵翼控制力及各因素对它的影响,为该类炮弹的前体结构设计、弹道特性分析和弹道设计等提供了理论依据与参考。
中图分类号:
赵新新, 史金光, 王中原, 张宁. 鸭舵式双旋弹舵翼非线性控制力建模与分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2607-2616.
ZHAO Xinxin, SHI Jinguang, WANG Zhongyuan, ZHANG Ning. Modeling and Analysis of Rudder Nonlinear Control Force for Dual-spin Projectile with Canards[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2607-2616.
N/106 | Δt/μs | CFx/10-3 | CFy/10-2 | CFz/10-3 |
---|---|---|---|---|
3.7 | 5 | -5.97 | 5.41 | -9.25 |
1 | -6.02 | 5.36 | -9.18 | |
5.8 | 5 | -6.17 | 5.27 | -9.07 |
1 | -6.19 | 5.24 | -9.09 | |
8.4 | 5 | -6.20 | 5.18 | -9.13 |
1 | -6.20 | 5.19 | -9.13 |
表1 收敛性验证
Table 1 Verification of convergence
N/106 | Δt/μs | CFx/10-3 | CFy/10-2 | CFz/10-3 |
---|---|---|---|---|
3.7 | 5 | -5.97 | 5.41 | -9.25 |
1 | -6.02 | 5.36 | -9.18 | |
5.8 | 5 | -6.17 | 5.27 | -9.07 |
1 | -6.19 | 5.24 | -9.09 | |
8.4 | 5 | -6.20 | 5.18 | -9.13 |
1 | -6.20 | 5.19 | -9.13 |
系数 | aw,j,0 | aw,j,1 | bw,j,1 | aw,j,2 | bw,j,2 |
---|---|---|---|---|---|
F1,1 | 1.820 | 0.044 | -0.006 | 0.003 | -0.071 |
F1,2 | -0.771 | -0.199 | 0.015 | 0.078 | 0.039 |
F2,0 | -0.067 | -0.024 | -0.002 | 0 | -0.001 |
F2,1 | 1.694 | 0.211 | 0.027 | 0.006 | 0.013 |
F2,2 | -0.751 | -0.301 | -0.020 | -0.095 | -0.041 |
表2 傅里叶系数
Table 2 Fourier coefficients
系数 | aw,j,0 | aw,j,1 | bw,j,1 | aw,j,2 | bw,j,2 |
---|---|---|---|---|---|
F1,1 | 1.820 | 0.044 | -0.006 | 0.003 | -0.071 |
F1,2 | -0.771 | -0.199 | 0.015 | 0.078 | 0.039 |
F2,0 | -0.067 | -0.024 | -0.002 | 0 | -0.001 |
F2,1 | 1.694 | 0.211 | 0.027 | 0.006 | 0.013 |
F2,2 | -0.751 | -0.301 | -0.020 | -0.095 | -0.041 |
[18] |
程杰, 于纪言, 王晓鸣, 等. 隔转鸭舵式弹道修正弹气动力工程模型与辨识[J]. 兵工学报, 2014, 35(10): 1542-1548.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.004 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.004 |
|
[19] |
冯斌, 于纪言, 王钰, 等. 固定鸭舵导引组件修正力模型改进及参数辨识[J]. 兵工学报, 2019, 40(2): 257-264.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.02.005 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.02.005 |
|
[20] |
钟阳, 王良明, 李岩, 等. 旋转稳定二维修正弹鸭舵法向力计算模型研究[J]. 弹道学报, 2019, 31(2): 48-54.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2019)02-009 |
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2019)02-009 |
|
[21] |
|
[22] |
常思江, 王中原, 刘铁铮. 鸭式布局双旋稳定弹强迫运动理论研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(5): 829-839.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.05.009 |
|
|
[23] |
赵新新, 史金光, 王中原, 等. 固定鸭舵双旋弹全弹道动态稳定性及其影响因素[J]. 力学学报, 2022, 54(5): 1366-1376.
|
[1] |
张民权, 刘东方, 王冬梅, 等. 弹道修正弹发展综述[J]. 兵工学报, 2010, 31(增刊2): 127-130.
|
|
|
[2] |
|
[3] |
王中原, 史金光, 常思江, 等. 弹道修正弹技术发展综述[J]. 弹道学报, 2021, 33(2): 1-12.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2021)02-001 |
|
|
[4] |
|
[5] |
许诺, 于剑桥, 王亚飞, 等. 固定翼双旋弹动力学特性分析[J]. 兵工学报, 2015, 36(4): 602-609.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.04.005 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.04.005 |
|
[6] |
马国梁, 蔡红明, 常思江. 固定鸭舵双旋弹动态稳定性分析[J]. 兵工学报, 2019, 40(10): 1987-1994.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.10.003 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.10.003 |
|
[23] |
|
[24] |
赵新新, 史金光, 王中原, 等. 鸭舵式双旋弹非线性角运动及其分岔特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(10):3067-3078.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0426 |
|
|
[25] |
韩子鹏, 常思江, 史金光. 弹箭非线性运动理论[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2016.
|
|
|
[26] |
雷娟棉, 吴甲生. 制导兵器气动特性工程计算方法[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2015.
|
|
|
[27] |
|
[28] |
李红云, 申强, 邓子龙. 鸭式布局二维修正双旋弹角运动及转向响应特性分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(6):1866-1876.
doi: 10.12382/bgxb.2023.0057 |
|
|
[7] |
|
[8] |
赵新新, 史金光, 王中原, 等. 固定鸭舵双旋弹角运动特性与控制稳定性研究[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2022, 54(1): 123-131.
|
|
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
冯斌, 于纪言, 鞠潭, 等. 双旋弹道修正弹弹体非对称载荷的数值研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(11): 2118-2126.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.005 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.11.005 |
|
[13] |
|
[14] |
钱龙, 常思江, 杨文龙, 等. 固定鸭舵修正弹非线性与非定常气动数值模拟[J]. 弹道学报, 2020, 32(1): 31-37.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2020)01-005 |
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2020)01-005 |
|
[15] |
冯斌, 于纪言, 王晓鸣, 等. 固定鸭舵双旋火箭弹弹体绕流的数值研究[J]. 弹道学报, 2021, 33(2): 21-27.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2021)02-003 |
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2021)02-003 |
|
[16] |
|
[17] |
张德键, 张健, 焦志刚, 等. 二维弹道修正弹修正机构气动特性研究[J]. 弹道学报, 2021, 33(2): 34-39.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2021)02-005 |
|
[1] | 刘忻丹, 勾莹, 滕斌. 细长潜器在内孤立波作用下大幅运动的轨迹和姿态[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 1854-1865. |
[2] | 陈桂明, 许令亮. 基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1129-1140. |
[3] | 田大明, 苗圃. 融合模型求解与深度学习的可见光通信非线性均衡器[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 466-473. |
[4] | 李东阳, 常思江, 王中原. 弹箭角运动的非线性吸引域估计[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2329-2341. |
[5] | 李占龙, 张正, 姜稳稳, 刘琪, 任志曌, 王瑶, 宋勇. 磁环型准零刚度隔振系统动态特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1784-1794. |
[6] | 李姗姗, 王洪波, 陈建宇, 张兴超, 田俊杰, 牛建业. 新型四足并联军用机器人步态控制算法及仿真[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 895-909. |
[7] | 赵猛, 戴开达, 向召, 姜涛, 赵晓松, 徐豫新. 近爆荷载下聚氯乙烯泡沫夹芯板的动力学模型研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3884-3896. |
[8] | 王贵军, 吴艳青, 侯晓, 黄风雷. 基于细观结构的复合固体推进剂含损伤黏弹性本构模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3696-3706. |
[9] | 赵新新, 史金光, 王中原, 张宁. 鸭舵式双旋弹非线性角运动及其分岔特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 3067-3078. |
[10] | 官典, 郭亚雯, 李世鹏, 唐嘉宁, 王宁飞. 横向过载下气-粒两相流对固体火箭发动机点火过程影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(8): 1792-1807. |
[11] | 代普, 潘军, 马晴, 刘妙. 火炮俯仰电液伺服系统速度非线性抑制技术研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1246-1254. |
[12] | 智洪欣, 赵鹏, 李中, 彭祥新, 鲁旭阳, 王琛. 基于可射击概率约束的防空作战火力优化分配[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 952-959. |
[13] | 官典, 李世鹏, 刘筑, 王宁飞. 横向过载对固体火箭发动机推进剂点火建压过程的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(9): 1877-1887. |
[14] | 杨杰, 常思江, 魏伟. 带扰流片旋转稳定弹动态稳定性[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1613-1623. |
[15] | 李居影, 李莹, 王荣惠, 魏化震, 孔国强. 2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1516-1523. |
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