兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 105-121.doi: 10.12382/bgxb.2022.0379
收稿日期:
2022-05-13
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
LEI Juanmian1,*(), GAO Yi1,2, YONG Zheng1
Received:
2022-05-13
Online:
2024-01-30
摘要:
为研究超声速来流条件下旋转导弹横向喷流干扰流场结构及喷流干扰对导弹气动特性的影响和机理,使用基于雷诺平均非定常N-S方程和滑移网格技术的非定常数值方法对旋转导弹横向喷流干扰流场进行模拟。研究旋转对导弹横向喷流控制效果的影响,给出不同条件下导弹的气动特性变化规律,分析了横向喷流对旋转导弹气动特性的影响。研究结果表明:旋转会导致导弹横向喷流控制力发生偏转,偏转方向与旋转方向相反,偏转角度随着转速增加而增加;在小攻角下,喷流干扰效应产生的附加侧向力和偏航力矩系数的瞬时值比旋转马格努斯效应产生的侧向力和偏航力矩系数的瞬时值大一个数量级,随着攻角增大,旋转马格努斯效应引起的侧向力和偏航力矩系数占全弹的比例增大,喷流引起的附加侧向力和偏航力矩量值减小;旋转导弹横向喷流控制扇面内气动系数随滚转角变化具有很强的非定常性,当喷流控制扇面角度不大时,时均侧向气动特性与对称面处滚转角下的瞬时值侧向气动特性比较接近,不同扇面角度内有喷流的时均侧向力系数和偏航力矩系数远大于无喷流时。
中图分类号:
雷娟棉, 高毅, 勇政. 旋转导弹横向喷流干扰特性数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 105-121.
LEI Juanmian, GAO Yi, YONG Zheng. Numerical Investigation of the Jet Interference Characteristics of a Lateral-jet-controlled Spinning Missile[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 105-121.
α/(°) | Ma | p∞/Pa | Maj | δPR |
---|---|---|---|---|
0 | 2.8 | 20793.2 | 1.0 | 100 |
T∞/K | T0j/K | Re | ||
108.96 | 279.81 | 2.06×106 |
表1 喷流验证计算条件
Table 1 Computational conditions of lateral jet verification
α/(°) | Ma | p∞/Pa | Maj | δPR |
---|---|---|---|---|
0 | 2.8 | 20793.2 | 1.0 | 100 |
T∞/K | T0j/K | Re | ||
108.96 | 279.81 | 2.06×106 |
α/(°) | Ma | p∞/Pa | T∞/K | ρ/(kg·m-3) | |
---|---|---|---|---|---|
4~30.3 | 2.5 | 3624.5 | 137.66 | 0.025 | 0.092 |
表2 数值模拟条件
Table 2 Computational conditions of AFF
α/(°) | Ma | p∞/Pa | T∞/K | ρ/(kg·m-3) | |
---|---|---|---|---|---|
4~30.3 | 2.5 | 3624.5 | 137.66 | 0.025 | 0.092 |
参数 | 网格A | 网格B | 网格C |
---|---|---|---|
轴向(弹身) | 240 | 290 | 352 |
翼展 | 26 | 36 | 50 |
周向 | 92 | 120 | 156 |
总量(百万) | 4.25 | 6.31 | 10.06 |
表3 网格参数
Table 3 Grid parameters
参数 | 网格A | 网格B | 网格C |
---|---|---|---|
轴向(弹身) | 240 | 290 | 352 |
翼展 | 26 | 36 | 50 |
周向 | 92 | 120 | 156 |
总量(百万) | 4.25 | 6.31 | 10.06 |
网格 | 法向力 系数CN | 侧向力 系数CZ | 俯仰力矩 系数Cmz | 偏航力矩 系数Cmy |
---|---|---|---|---|
网格A | 1.3315 | -0.0091 | -0.0699 | -0.0081 |
网格B | 1.3222 | -0.0097 | -0.0652 | -0.0086 |
网格C | 1.3225 | -0.0101 | -0.0669 | -0.0090 |
网格B-网格C | -0.03% | -4.47% | -2.57% | -4.76% |
网格A-网格B | 0.70% | -6.18% | 7.21% | -5.81% |
表4 时均气动力系数和量值差
Table 4 Time-averaged aerodynamic coefficient and value difference
网格 | 法向力 系数CN | 侧向力 系数CZ | 俯仰力矩 系数Cmz | 偏航力矩 系数Cmy |
---|---|---|---|---|
网格A | 1.3315 | -0.0091 | -0.0699 | -0.0081 |
网格B | 1.3222 | -0.0097 | -0.0652 | -0.0086 |
网格C | 1.3225 | -0.0101 | -0.0669 | -0.0090 |
网格B-网格C | -0.03% | -4.47% | -2.57% | -4.76% |
网格A-网格B | 0.70% | -6.18% | 7.21% | -5.81% |
图7 一个旋转周期内法向力系数CN和侧向力系数CZ随滚转角φ变化曲线(Ma=2.5,α=10°,δPR=150, ω ¯=0.025)
Fig.7 Variation of aerodynamic coefficients with rolling angles φ (Ma=2.5,α=10°,δPR=150, ω ¯=0.025)
图8 不同转速下喷流干扰法向力系数CN和喷流干扰侧向力系数CZ随无量纲转速 ω ¯变化曲线图(Ma=2.5, α=0°,δPR=150)
Fig.8 Variation of jet interference force coefficient with non-dimensional spin rate ω ¯(Ma=2.5, α=0°, δPR=150)
图10 喷流干扰附加力系数 F ¯ i和控制力系数 F ¯ C,喷流干扰力偏转角度ζ和喷流控制力偏转角度γ随无量纲转速 ω ¯的变化曲线(Ma=2.5,α=0°,δPR=150)
Fig.10 Variation of deflection angles and coefficients of jet interference force and jet control force with non-dimensional spin rate (Ma=2.5,α=0°,δPR=150)
图11 不同部件侧向力系数CZ随无量纲转速 ω ¯的变化曲线(Ma=2.5,α=0°,δPR=150)
Fig.11 Variation of lateral force coefficient with non-dimensional spin rate for different pneumatic components(Ma=2.5,α=0°,δPR=150)
图14 不同转速下x/L=0.59截面内马赫数云图和流线图(Ma=2.5,α=0°,δPR=150,前视)
Fig.14 Mach number contours and streamlines on the section of x/L=0.59 at different spin rates (Ma=2.5,α=0°,δPR=150,view from head)
图17 旋转导弹有无喷流情况下瞬态侧向力系数CZ随滚转角φ变化对比曲线(Ma=2.5, ω ¯=0.025)
Fig.17 Variation of transient lateral force coefficient CZ with rolling angles φ under the condition of spinning missile with or without jet(Ma=2.5, ω ¯=0.025)
图18 旋转导弹有无喷流情况下瞬态偏航力矩系数Cmy随滚转角φ变化对比曲线(Ma=2.5, ω ¯=0.025)
Fig.18 Variation of transient yaw moment coefficient Cmy with rolling angle φ under the condition of spinning missile with or without jet(Ma=2.5, ω ¯=0.025)
图19 旋转导弹有无喷流情况下瞬态法向力系数CN随滚转角φ变化对比曲线(Ma=2.5, ω ¯=0.025)
Fig.19 Variation of transient normal force coefficient CN with rolling angles φ under the condition of spinning missile with or without jet(Ma=2.5, ω ¯=0.025)
图20 不同攻角下侧向力系数CZ随无量纲转速 ω ¯变化曲线(Ma=2.5,δPR=150)
Fig.20 Variation of lateral force coefficient CZ with non-dimensional spin rate ω ¯ at different angles of attack(Ma=2.5,δPR=150)
图21 不同攻角下偏航力矩系数Cmy随无量纲转速 ω ¯变化曲线(Ma=2.5,δPR=150)
Fig.21 Variation of yaw moment coefficient Cmy with non-dimensional spin rate ω ¯ at different angles of attack(Ma=2.5, δPR=150)
图22 不同攻角下全弹侧向力系数CZ和偏航力矩系数Cmy随无量纲转速 ω ¯变化曲线图(Ma=2.5,δPR=150)
Fig.22 Variation of lateral force coefficient CZ and yaw moment coefficient Cmy with non-dimensional spin rate ω ¯ at different angles of attack(Ma=2.5,δPR=150)
图23 不同扇面角度内全弹时均侧向力系数CZ和时均偏航力矩系数Cmy随攻角变化曲线图(Ma=2.5,δPR=150, ω ¯=0.025)
Fig.23 Variation of time-averaged lateral force coefficient and time-averaged yaw moment coefficient with angle of attack under different jet working sectors(Ma=2.5,δPR=150, ω ¯=0.025)
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doi: 10.1080/19942060.2017.1319878 URL |
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