某航空火箭弹气动及外弹道特性研究

摘要

航空火箭弹是一种装备于战斗机或武装直升机上，利用固体火箭发动机提供动力的非制导弹药。以某航空火箭弹为研究对象，利用数值模拟的方法研究了该航空火箭弹在无旋转以及旋转条件下的气动特性，得到了相应的气动参数。再利用蒙特卡洛法进行模拟打靶，分析火箭弹在随机干扰因素条件下的落点散布。具体内容有: 对某航空火箭弹的物理模型进行简化建模，利用Fluent进行数值仿真。对火箭弹在有、无攻角时的外流场进行了分析，研究了火箭弹气动特性以及攻角对火箭弹外流场的影响。分析了火箭弹的气动参数随来流马赫数以及攻角的变化趋势，并与风洞实验结果进行对比，验证了数值仿真的可靠性与准确性。结果表明，火箭弹的阻力系数随马赫数的增加呈先增加后降低的趋势，符合空气动力学规律。 采用多重参考系模型(MRF)模拟某航空火箭弹的定常旋转。得出了该航空火箭弹的滚转阻尼特性与转速、来流马赫数以及攻角的关系。再采用相同的方法得出了火箭弹的平衡转速与马赫数以及攻角的关系，并分析了平衡条件下的阻力特性。结果表明，火箭弹的滚转阻尼力矩系数与转速呈线性递增的趋势;火箭弹的滚转阻尼力矩系数随着马赫数的增大而减小，随攻角的增大而增大。火箭弹的平衡转速随马赫数的增大基本呈线性递增的趋势，随着攻角增大，火箭弹的平衡转速略有降低。火箭弹在平衡转速时的阻力系数随马赫数的增大而先增大后减小;攻角对平衡转速时火箭弹阻力系数的影响不大。 建立了航空火箭弹的运动方程组，分析了航空火箭弹在飞行过程中所受的力与力矩以及火箭弹在飞行过程中所受的随机干扰因素，利用蒙特卡洛法进行模拟打靶，对火箭弹在地面密集度模拟、直升机飞行模拟以及飞机飞行模拟的散布情况进行了研究。结果表明，某航空火箭弹的圆概率误差(CEP)随着射角的增大而减小，随发射高度的增加而明显增大，与发射初速并无直接联系。

目录

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摘要

图表目录

1绪论

1．1课题研究背景与意义

1．2火箭弹气动特性的研究状况

1．2．1火箭弹气动研究与CFD

1．2．2国外研究现状

1．2．3国内研究现状

1．2火箭弹外弹道特性的研究状况

1．3．1火箭队外弹道学研究任务

1．3．2国内外研究现状

1．4本文主要研究内容

2物理模型与数值计算方法

2．1某航空火箭弹物理模型

2．2气动特性计算公式

2．3粒信计笪方法

2．3．1控制方程

2．3．2湍流模型

2．3．3初始条件

2．3．4边界条件

2．3．5近壁流场数值计算方法

2．3．6离散格式

2．4网格划分

2．5本章小结

3某航空火箭弹无旋转条件下的气动仿真与分析

3．1火箭弹零攻角时的外流场分析

3．2火箭弹有攻角情况下的外流场分析

3．3火箭弹气动特性研究

3．3．1阻力特性研究

3．3．2升力特性研究

3．3．3滚转力矩特性研究

3．3．4俯仰力矩特性研究

3．3．5压力中心特性研究

3．5本章小结

4某航空火箭弹旋转条件下的气动仿真与分析

4．1尾翼式火箭弹的旋转特性

4．2多重参考系(MRF)模型

4．3旋转条件下火箭弹的滚转阻尼特性分析

4．3．1转速对火箭弹滚转阻尼特性的影响

4．3．2来流马赫数对火箭弹滚转阻尼特性的影响

4．3．3攻角对火箭弹滚转阻尼特性的影响

4．4火箭弹的平衡转速

4．4．1马赫数对平衡转速的影响

4．4．2攻角对平衡转速的影响

4．5本章小结

5某航空火箭弹密集度仿真

5．1火箭弹常用坐标系

5．1．4弹轴坐标系O-ξηζ

5．2坐标系的转换

5．2．1地面坐标系与弹道坐标系

5．2．2弹道坐标系与弹轴坐标系

5．2．3弹轴坐标系与弹体坐标系

5．3运动方程组的建立

5．3．1火箭弹的质心运动方程

5．3．2火箭弹的转动运动方程

5．3．3火箭弹的运动方程组

5．4作用于火箭弹上的力与力矩

5．4．1作用于火箭弹上的力

5．4．2作用于火箭弹上的力矩

5．5火箭弹密集度模拟

5．5．1蒙特卡洛法原理

5．5．2随机干扰因素

5．5．3模拟打靶的流程

5．6模拟打靶结果分析

5．6．1地面立靶密集度模拟

5．6．2直升机飞行打靶模拟

5．6．3飞机飞行打靶模拟

5．7本章小结

6总结与展望

6．1主要工作与结论

6．2展望

致谢

参考文献

附录