超声速进气道起动性能影响因素研究

从影响进气道起动性能的全因素出发,建立一体化模型,研究来流马赫数、攻角、侧滑角对进气道起动性能的影响,对进气道转级过程进行了动态过程仿真。结果表明,随着来流马赫数的增大,进气道流量系数与总压恢复系数变化趋势相反,应选择合适的设计马赫数,拓宽进气道的工作包线;随着侧滑角的增大,背风侧进气道起动性能及抗反压性能下降;转级过程中,背风侧超临界裕度明显小于迎风侧,研制过程中,应按照背风侧进气道进行超临界裕度设计。     

固体燃料冲压增程炮弹用混压式进气道数值模拟及实验研究

利用三维雷诺平均Navier-Stokes方程,在不同攻角和来流马赫数条件下,对带侧向支柱的某固体燃料冲压弹用混压式进气道的内外复杂流场进行了数值模拟,并完成了风洞实验,得到了不同状态下进气道的纹影图片、沿程静压分布及进气道出口总压变化规律。结果表明:数值模拟所得流场结构与风洞实验纹影图一致;随着攻角的增大,流入进气道的空气流量减少,总压恢复系数降低,出口马赫数基本保持不变;在亚临界状态下,总压恢复系数受攻角的影响显著增大,其值甚至比临界状态时还要低;此外,在同一来流马赫数下,总压恢复系数随进气道出口反压的增大而增大。     

三维内转进气高超声速导弹气动布局研究

基于三维内转进气道开展高超声速导弹气动布局研究,重点针对曲锥弹身开展了颌下进气与两侧进气两种气动布局研究.数值仿真结果表明,颌下进气布局在特定的攻角下利用弹身前体预压缩效果,具有较高的进气道性能.两侧进气布局无法有效利用前体的预压缩效果,较难构造高性能的内部流场,但能够利用进气道产生升力,使全弹具有较好的气动特性.此外,两侧进气布局具有更小的攻角敏感性,在攻角变化过程中,整体性能变化较小.因此,颌下进气布局适用于单点巡航的导弹设计,两侧进气布局适用于攻角变化范围要求高的导弹设计.     

超燃冲压发动机进气道内流特征及性能数值模拟

为研究不同来流马赫数、进气道出口反压、攻角以及壁面温度等参数对进气道内流特征及性能的影响,利用Fluent软件对超燃冲压发动机进气道内流场进行数值模拟.结果表明,来流马赫数小于设计马赫数时,产生溢流,且马赫数越小,溢流越大;随着反压的增大,进气道隔离段下游有明显激波串形成且不断向上游推进,导致总压恢复系数减小;攻角对进气道性能的影响与来流马赫数的影响具有一定的相似性;壁面冷却对进气道附面层发展及入口处分离包的形成有着重要的影响.     

攻角对炮射冲压发动机进气性能的影响

采用结构化网格与二阶精度流场分区求解技术,对某冲压发动机超音速进气道特性进行了深入研究.通过数值模拟得到了在飞行高度3000m、飞行速度2.5Ma、不同攻角情况下,超音速进气道内外粘性流场复杂的波系结构,详细分析了攻角对进气道总压、流量等工作参数的影响.结果显示,随着来流攻角的增大,此进气道总压恢复系数变化不大,流量系数逐渐降低,而流场畸变则明显增大.     

超声速轴对称进气道流场的数值模拟

利用有限体积法求解二维轴对称可压缩N-S方程,对超声速弹用进气道内外复杂流场进行了数值模拟,数值格式为二阶迎风格式,所得流场结构清晰。研究结果表明：随着来流马赫数的增加,总压恢复系数随之下降,稳定工作范围增大,同时流量系数逐渐增大,在激波贴口后流量系数基本保持不变;在同一来流马赫数的超临界状态下,随着进气道出口反压的提高,结尾正激波向喉道方向移动,结尾激波损失减小,总压恢复系数提高,进气道出口马赫数减小,出口流场畸变程度降低。     

含侧向支柱冲压增程弹用进气道复杂流场数值模拟

采用块结构网格与二阶精度流场分区求解技术,对含侧向支柱冲压增程弹丸进气道内外复杂流场进行了数值模拟。通过数值模拟得到了对应于不同来流马赫数和攻角情况下,临界工况时,超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构。当进气道扩压段有侧向支柱存在时,进气道总压恢复系数和动能系数均有所降低,而流场畸变指数则显著增大。由于攻角的存在,进气道总压恢复系数和动能系数均有所降低,而流场畸变指数则明显增大。     

侧向支柱对高速旋转冲压增程弹用进气道影响的数值模拟

采用块结构网格与二阶精度流场分区求解技术,对高速旋转含侧向支柱双锥外压轴对称冲压增程弹丸进气道内外复杂流场进行了数值模拟。通过数值模拟得到了对应于不同旋转角速度、不同侧向支柱形状以及不同来流攻角情况下,临界工况时超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构。当高速旋转进气道扩压段有侧向支柱存在时,进气道总压恢复系数和动能系数均有所降低,而流场畸变指数则增大明显。随着转速和攻角的增大,进气道综合性能均有所降低。数值结果显示,采用菱形截面的侧向支柱形状的进气道性能最优。     

旋转控制固定鸭舵二维弹道修正弹气动特性

为研究旋转控制固定鸭舵二维弹道修正弹的气动特性,采用风洞实验方法,对该弹气动特性随马赫数、攻角以及舵偏角的变化规律进行了研究。结果显示：在实验研究马赫数、攻角和舵偏角范围内,舵偏角增大对模型有一定增阻作用;模型升力系数随舵偏角增大而增大、随攻角呈线性变化关系;在相同马赫数和攻角下,俯仰力矩系数和滚转力矩系数随舵偏角的增大而增大。该研究结果为旋转控制固定鸭舵二维弹道修正弹的弹道设计和研究提供了参考依据。     

侧滑角对大长细比鸭式布局弹箭俯仰操纵性的影响

大长径比鸭式布局制导弹箭进行倾斜转弯控制时,受侧滑角、攻角和滚转角影响,鸭舵产生的斜吹洗流会引起尾翼和弹身产生额外的面外力和力矩。因此为研究侧滑角对大长细比弹箭操纵性的影响,将流场域划分六面体-多面体网格,采用CFD方法对鸭式布局弹箭在不同攻角、马赫数、舵偏角和侧滑角下的气动特性进行了数值模拟,得到了弹箭气动特性的变化规律,绘制出了弹箭的流线图、涡量图和压力云图,进行流场分析研究。利用风洞实验获得相关空气动力学参数,对实验结果作对比分析,发现风洞实验与数值模拟得到的结果都有较高的吻合度,验证了数值模拟方法的可行性。研究表明多数情况下侧滑角不为零时,由于弹箭的弹体较长,鸭舵的洗流向弹体一侧偏移,使得鸭舵的洗流对部分尾翼没有产生干扰,尾翼的当地攻角增大,尾翼法向力变大,弹箭的压心后移,平衡攻角减小,静稳定度变大,进而弹箭的俯仰操纵效率降低;而在少数情况下弹箭尾翼当地攻角却降低,尾翼法向力有所降低,静稳定度变小,弹箭的操纵效率有所提高。     

通过附面层泄除提高定几何混压式进气道性能的方法研究

研究了附面层泄除对定几何混压式进气道起动马赫数、起动点性能和巡航点性能的影响,分析了放气槽的轴向位置、开口面积、出口面积和放气槽与当地气流夹角对进气道性能的影响,研究表明放气槽的轴向位置和出口面积对进气道性能影响较大,且在低马赫数下附面层泄除的影响更明显。最后设计了带放气槽的进气道,在典型状态下,总压恢复系数较原方案提高约7%。     

附面层吸除对二元混压式进气道起动影响分析

由于二元混压式进气道的激波/附面层干扰,可能在进气道喉道前形成分离包,导致进气道的无法起动.为了降低进气道的起动马赫数,采取了附面层吸除措施,并运用机理分析、CFD仿真和吹风试验的方法,论述了进气道附面层吸除对进气道起动性能的影响,经过对数值仿真结果和试验数据的对比分析,得出了进气道附面层吸除措施可以降低进气道起动马赫数和提高转级点性能的结论.     

固体燃料冲压发动机高速旋转对进气道稳定工作范围的影响

为了研究高速旋转对固体燃料冲压发动机进气道稳定工作范围的影响,利用计算流体力学软件对所设计的进气道在马赫数为3.0的设计状态进行了数值模拟,获得了进气道在不旋转、转速分别为10 kr／min和30 kr/min的稳定工作范围、流场结构和总体性能。结果表明：转速越高进气道稳定工作范围越窄,但变化较小,对进气道的流场特征和各性能参数的影响较小;高速旋转时进气道的总压恢复系数、出口马赫数比未旋转时略高,流量系数和总压畸变指数基本没有变化。     

基于视觉的飞行器偏航角和位置估计与控制

针对惯性导航系统(inertial navigation system,INS)和全球定位系统(global position system,GPS)导航系统的不足,提出一种基于视觉信息的飞行器相对偏航角和相对位置估计方法。采用金字塔(lucas-kanade,LK)光流算法对地面目标上的2个特定特征点进行位置估计,然后根据摄像机成像原理,用高斯-牛顿迭代法估计出飞行器的相对偏航姿态角和相对位置,并设计 PID的位置控制系统,实现飞行器对地面目标的跟踪。仿真结果表明：该方法相对偏航角和位置的估计精度较高,飞行器对目标跟踪准确。     

旁侧四超声速进气道弹体内外流一体化数值研究

以数值模拟为主要手段,通过求解雷诺时均方程,分别对弹体外流场的流动特性以及四个二元旁侧超声速进气道与弹体、燃烧室一体化内外流动特性进行了计算研究.通过对典型飞行状态的计算,获得了进气道的总压恢复系数、流量系数随马赫数的变化关系以及随攻角的变化关系.对计算结果和部分试验结果进行了比较,获得的进气道总压恢复系数和试验值较为接近,计算流量系数稍高于试验值.进气道速度特性、攻角特性与试验变化基本一致,规律性明显.     

舱门对内埋武器分离特性影响分析

为了研究是否考虑舱门及舱门不同开启姿态对内埋武器分离特性的影响,利用基于Menter剪应力输运k-ω湍流模型的分离涡模拟方法,结合6自由度刚体动力学方程和重叠网格技术,对超声速来流条件下某一简化内埋弹舱-舱门-弹体模型的三维流场进行了非定常计算,得到了不同条件下的弹体下落轨迹。结果表明：超声速来流条件下,流场中存在激波相交、激波剪切层反射等复杂流动现象,考虑舱门影响会使流场波系结构发生变化,弹体下落轨迹随之改变;弹体抬头角由0.5°增加到6.5°,弹体右偏航角由0.3°增加到2.5°,下落后期弹体下落速度增速减缓;舱门不同开启姿态对弹体竖直方向位移及俯仰运动影响较小,但会对弹体偏航产生较大影响;尽可能使舱门远离弹体可以有效地降低舱门对弹体偏航的影响,减小偏航角度,提高武器分离品质。     

涡轮气动力仿真分析和试验研究

为研究涡轮喉径、进气间隙等因素对涡轮性能的影响,验证仿真计算和真实试验的差异,提出一套涡轮效率的计算方法,并借助仿真软件对其流场的空气动力学特性进行数值模拟和分析。与实物试验结果进行了比对。研究结果表明：仿真计算与实物试验的结果较为吻合。冲击式涡轮启动瞬态的流场较为复杂,进气角是影响涡轮启动效率的关键因素;减小涡轮间隙、选择与流量匹配的进气喉径均可有效提高涡轮效率。