超音速下内埋弹舱与弹体耦合流动数值研究

摘要

现代先进战斗机必须具有隐身和超音速巡航的能力，这些特点决定了武器携带方式为内埋式。弹舱与弹体耦合流动的复杂性给战斗机带来很大的安全隐患。国内外对该耦合流场特性的研究大都基于工程需要，采用风洞试验和飞行测试等手段。在现有的计算条件下，开展数值模拟研究机载耦合流动特性也是较好的选择。
　　本文主要通过有限体积法求解三维、非定常、可压缩Navier-Stokes方程，对Ma=2超音速下弹舱流场数值模拟。首先选取了宽为80mm，长深比分别为5.88和13.33的矩形弹舱模型，使用DES方法对流场进行数值模拟，研究未挂载舱流动特性，得出了流场的数值结果，对弹舱进行流线分析、压力分析和波系分析，并将结果与相关文献进行了对比以验证本文计算方法的可行性。然后对弹体投放的动态过程，采用静态的方法研究，即研究投放中几个关键位置，建立不同的武器舱和弹体组合模型，研究武器投放不同阶段挂载弹舱流动特性，对挂载弹舱进行了流线分析、压力分析和波系分析，对弹体进行了压力分析，并与有关文献对比。数值结果显示：开式弹舱初始状态弹体受力情况利于机载分离，弹体穿越剪切层过程中，弹舱内部压力受弹体在垂直位置上的影响较为显著，不利于机载分离。而闭式弹舱压力分布受弹体在垂直位置上的影响不显著，与未挂载弹舱压力分布近似相同。弹体离开弹舱初始阶段，流动特性依赖弹体位置。
　　本文研究了弹体投放几个关键位置耦合流场的基本流动特性，在一定程度上丰富了弹舱基本流场特性的研究，也对工程实践中进行机载分离控制研究有部分参考作用。