内埋武器舱气动特性及武器分离安全性研究
发布时间：2020-12-06 20:03
内埋武器舱系统可以大幅降低战斗机雷达反射面积和飞行阻力,有利于实现隐身及超声速巡航。因此,新一代战斗机均将武器装载方式由传统外挂式转为内埋式。然而内埋武器舱流动的复杂性也引起一系列新的气动问题:如剪切层不稳定、涡生成与脱落、激波/激波、激波/剪切层相互干扰等,造成舱内大幅度压力脉动,产生剧烈振荡和刺耳的噪声,对舱内设备造成疲劳破坏。武器发射时,需要穿越剪切层出舱,受强非定常流场的影响,下落轨迹及姿态发生改变,命中率降低,甚至会与载机相互碰撞,威胁载机安全。因此开展内埋武器舱系统气动特性及武器分离安全性研究具有重要意义。本文应用高保真度数值模拟方法,以战斗机内埋武器舱系统为研究对象,对弹舱气动特性、流动控制措施、弹舱与挂载间的强耦合流动特性及武器分离安全性等问题进行了研究。文中较重要的研究进展包括:1、对比分析了两种主流近场噪声模拟方法的优缺点,结果表明分离涡模拟方法更适用于进行弹舱流动机理研究,随后采用该方法得到了边界层厚度变化对开式弹舱及过渡式弹舱流动特性及气动声学特性的影响规律。通过改进Rossiter半经验公式推导方法,得到公式中经验常数物理意义。明确了经验常数取值与边界层厚度的...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
第四代战斗机代表机型
流马赫数及长深比（Ｌ／Ｄ）不同时，弹舱流动特性存在显著区别。Ｃｈａｒｗａｔ【３］、Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ??和ＷＵｃｏｘ等人Ｋ?５］根据超声速条件下弹舱流动特性将弹舱流场划分为四种不同的类??型：闭式流动、过渡闭式流动、过渡开式流动和开式流动，如图１．２所示。??＾ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ＂??ｃｐ；＿＿，—??（ａ）闭式流动?（ｂ）过渡闭式流动??（ａ）?Ｃｌｏｓｅｄ?ｃａｖｉｔｙ?ｆｌｏｗ?（ｂ）?Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ?ｃｌｏｓｅｄ?ｆｌｏｗ?＾??，，，，，，，，，，，，，??？??＾?ｃｐ?０?＾―—??Ｃｐ?〇?－?■???＿??（ｃ）过渡开式流动?（ｄ）开式流动??（ｃ）?Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ?ｏｐｅｎ?ｆｌｏｗ?（ｄ）?Ｏｐｅｎ?ｃａｖｉｔｙ?ｆｌｏｗ??图１．２超声速条件下弹舱流场分类［５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｋｅｔｃｈｅｓ?ｏｆ?ｃａｖｉｔｙ?ｆｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ?ｍｏｄｅｌｓ?ｆｏｒ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?ｆｌｏｗ??Ｈｅｎｔｏｖｉｃｈ等人％?７］通过风洞试验研究了亚声速及跨声速条件下弹舱流动类型??的划分，他发现亚声速及跨声速条件下，流场从过渡闭式流动到过渡开式流动的??转变是渐变过程，因此亚声速及跨声速条件下弹舱流动类型可划分为五种类型。??对于长深比Ｌ／Ｄ较大的闭式流动弹舱，来流在弹舱前缘形成剪切层，但是剪??切层没有足够的能量横跨整个弹舱，因此在中间位置的某点剪切层撞击弹舱底部，??在撞击点后部一定位置处流动又从底板分离
?随着弹舱长深比Ｌ／Ｄ的降低，弹舱流动类型转为过渡闭式流动，此时弹舱中??部的两道斜激波合并为一道，弹舱底部依然存在着较大的压力梯度，如图１．２（ｂ）??所示。进一步减小弹舱的长深比会使得弹舱中部的斜激波转变为一系列的压缩波??系，此时弹舱流态转为过渡开式流动类型，剪切层不再直接撞击弹舱底部，弹舱??底面压力梯度也随之减小。??当弹舱长深比Ｌ／Ｄ继续减小后，弹舱流动类型转为开式流动，弹舱唇口位置??处剪切层横跨整个弹舱，最终撞击弹舱尾缘，如图１．２（ｄ）所示。弹舱内部形成一个??大的循环区域，弹舱底部压力近似为均匀分布，仅有尾缘位置处压力有所增高。??均匀的压力分布有利于弹体的安全投放，因此内埋武器舱一般选用开式弹舱。??然而开式弹舱唇口剪切层与尾缘的撞击引发了严重的噪声问题。针对开式弹??舱噪声产生机理有很多种观点，其中被大多数学者所接受的是Ｒｏｓｓｉｔｅ押于１９６４年??提出的自持振荡理论。他认为开式弹舱会在唇口处形成剪切层，剪切层由于自身??不稳定性或受外界扰动的影响形成脱落涡
【参考文献】：
期刊论文
[1]后壁倒角对开式空腔气动噪声抑制作用研究[J]. 吴继飞,徐来武,范召林,罗新福. 空气动力学学报. 2017(05)
[2]飞行器高速气流流经空腔对噪声抑制优化仿真[J]. 李红丽,庞彦宾,侯峰,刘兴强. 计算机仿真. 2017(06)
[3]壁面声阻抗抑制空腔噪声数值仿真研究[J]. 李红丽,庞彦宾,侯峰,刘兴强. 强度与环境. 2017(03)
[4]超音速空腔噪声非线性数值模拟及影响因素研究[J]. 王芳丽,王一丁,童明波,陈滨琦. 振动工程学报. 2017(03)
[5]含导弹的内埋弹舱缩比模型空腔噪声试验研究[J]. 王琰,郭定文,刘兴强. 科学技术与工程. 2017(08)
[6]弹性空腔流致噪声/结构振动特性试验[J]. 王显圣,杨党国,刘俊,施傲,周方奇,吕彬彬. 航空学报. 2017(07)
[7]DMD和POD对超燃冲压发动机凹腔流动的稳定性分析[J]. 叶坤,叶正寅,武洁,屈展. 气体物理. 2016(05)
[8]内埋武器舱关键气动及声学问题研究[J]. 吴继飞,罗新福,徐来武,范召林. 空气动力学学报. 2016(04)
[9]New omega vortex identification method[J]. ChaoQun Liu,YiQian Wang,Yong Yang,ZhiWei Duan. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2016(08)
[10]基于前缘边界层扰动的空腔压力脉动抑制研究[J]. 陶洋,吴继飞,徐来武,蒋为民. 实验流体力学. 2016(03)
博士论文
[1]细长机翼摇滚机理的非线性动力学分析及数值模拟方法研究[D]. 刘伟.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]内埋弹舱舱门开启和武器分离过程数值模拟研究[D]. 任光远.北京交通大学 2015
本文编号：2901952
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
第四代战斗机代表机型
流马赫数及长深比（Ｌ／Ｄ）不同时，弹舱流动特性存在显著区别。Ｃｈａｒｗａｔ【３］、Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ??和ＷＵｃｏｘ等人Ｋ?５］根据超声速条件下弹舱流动特性将弹舱流场划分为四种不同的类??型：闭式流动、过渡闭式流动、过渡开式流动和开式流动，如图１．２所示。??＾ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ＂??ｃｐ；＿＿，—??（ａ）闭式流动?（ｂ）过渡闭式流动??（ａ）?Ｃｌｏｓｅｄ?ｃａｖｉｔｙ?ｆｌｏｗ?（ｂ）?Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ?ｃｌｏｓｅｄ?ｆｌｏｗ?＾??，，，，，，，，，，，，，??？??＾?ｃｐ?０?＾―—??Ｃｐ?〇?－?■???＿??（ｃ）过渡开式流动?（ｄ）开式流动??（ｃ）?Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ?ｏｐｅｎ?ｆｌｏｗ?（ｄ）?Ｏｐｅｎ?ｃａｖｉｔｙ?ｆｌｏｗ??图１．２超声速条件下弹舱流场分类［５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｋｅｔｃｈｅｓ?ｏｆ?ｃａｖｉｔｙ?ｆｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ?ｍｏｄｅｌｓ?ｆｏｒ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?ｆｌｏｗ??Ｈｅｎｔｏｖｉｃｈ等人％?７］通过风洞试验研究了亚声速及跨声速条件下弹舱流动类型??的划分，他发现亚声速及跨声速条件下，流场从过渡闭式流动到过渡开式流动的??转变是渐变过程，因此亚声速及跨声速条件下弹舱流动类型可划分为五种类型。??对于长深比Ｌ／Ｄ较大的闭式流动弹舱，来流在弹舱前缘形成剪切层，但是剪??切层没有足够的能量横跨整个弹舱，因此在中间位置的某点剪切层撞击弹舱底部，??在撞击点后部一定位置处流动又从底板分离
?随着弹舱长深比Ｌ／Ｄ的降低，弹舱流动类型转为过渡闭式流动，此时弹舱中??部的两道斜激波合并为一道，弹舱底部依然存在着较大的压力梯度，如图１．２（ｂ）??所示。进一步减小弹舱的长深比会使得弹舱中部的斜激波转变为一系列的压缩波??系，此时弹舱流态转为过渡开式流动类型，剪切层不再直接撞击弹舱底部，弹舱??底面压力梯度也随之减小。??当弹舱长深比Ｌ／Ｄ继续减小后，弹舱流动类型转为开式流动，弹舱唇口位置??处剪切层横跨整个弹舱，最终撞击弹舱尾缘，如图１．２（ｄ）所示。弹舱内部形成一个??大的循环区域，弹舱底部压力近似为均匀分布，仅有尾缘位置处压力有所增高。??均匀的压力分布有利于弹体的安全投放，因此内埋武器舱一般选用开式弹舱。??然而开式弹舱唇口剪切层与尾缘的撞击引发了严重的噪声问题。针对开式弹??舱噪声产生机理有很多种观点，其中被大多数学者所接受的是Ｒｏｓｓｉｔｅ押于１９６４年??提出的自持振荡理论。他认为开式弹舱会在唇口处形成剪切层，剪切层由于自身??不稳定性或受外界扰动的影响形成脱落涡
【参考文献】：
期刊论文
[1]后壁倒角对开式空腔气动噪声抑制作用研究[J]. 吴继飞,徐来武,范召林,罗新福. 空气动力学学报. 2017(05)
[2]飞行器高速气流流经空腔对噪声抑制优化仿真[J]. 李红丽,庞彦宾,侯峰,刘兴强. 计算机仿真. 2017(06)
[3]壁面声阻抗抑制空腔噪声数值仿真研究[J]. 李红丽,庞彦宾,侯峰,刘兴强. 强度与环境. 2017(03)
[4]超音速空腔噪声非线性数值模拟及影响因素研究[J]. 王芳丽,王一丁,童明波,陈滨琦. 振动工程学报. 2017(03)
[5]含导弹的内埋弹舱缩比模型空腔噪声试验研究[J]. 王琰,郭定文,刘兴强. 科学技术与工程. 2017(08)
[6]弹性空腔流致噪声/结构振动特性试验[J]. 王显圣,杨党国,刘俊,施傲,周方奇,吕彬彬. 航空学报. 2017(07)
[7]DMD和POD对超燃冲压发动机凹腔流动的稳定性分析[J]. 叶坤,叶正寅,武洁,屈展. 气体物理. 2016(05)
[8]内埋武器舱关键气动及声学问题研究[J]. 吴继飞,罗新福,徐来武,范召林. 空气动力学学报. 2016(04)
[9]New omega vortex identification method[J]. ChaoQun Liu,YiQian Wang,Yong Yang,ZhiWei Duan. Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2016(08)
[10]基于前缘边界层扰动的空腔压力脉动抑制研究[J]. 陶洋,吴继飞,徐来武,蒋为民. 实验流体力学. 2016(03)
博士论文
[1]细长机翼摇滚机理的非线性动力学分析及数值模拟方法研究[D]. 刘伟.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]内埋弹舱舱门开启和武器分离过程数值模拟研究[D]. 任光远.北京交通大学 2015
本文编号：2901952
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