大长细比火箭气动弹性分析

发布时间：2021-03-27 06:07

　　针对大长细比火箭在超声速条件下的气动弹性问题,开展了Fluent仿真计算与理论分析研究。首先,对未变形的火箭进行Fluent仿真计算,得到相应的箭体气动参数;其次,通过模态分析,获取变形后火箭外形进行气动仿真计算,获得变形后的箭体气动参数;最后,通过Fluent计算结果分析气动弹性变形对气动参数的影响,并结合伯德图分析结果,说明该方法能够实现对变形箭体弹性振动的主动抑制。研究结果表明,弹性变形导致箭体的轴向力系数、法向力系数和俯仰力矩系数的最大变化量分别为-15.59%、10.34%和16.91%,弹体压心最大前移量为13.4%,气弹性系数D1i、D2i和D3i最大变化量分别为20.4%、16.4%和15.2%。 

【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

箭体结构与气动外形

利用ICEM CFD对上述理论化模型进行网格划分。其中，尾部流场区域选取箭体参考长度的7.5倍左右，头部区域选取箭体参考长度3.75倍左右，径向外流场取箭体参考长度的3倍左右(图2)。在Fluent中设置了壁面函数，在划分网格之前根据相似型号的工程经验确定第一层网格的厚度值(商业上可以用Pointwise与CFD-online计算yplus值，从而确定第一层网格厚度值。k-ε模型的yplus值为30～300之间)。本文的首层网格的厚度值设置为1 mm，附面层的厚度为15 mm，网格的厚度增长率取1.1(图3)。网格的无关性是通过对比多个设计师的仿真计算结果，确认网格数量和网格质量不影响气动参数的计算精度。图3 尾翼位置的局部网格及边界层网格示意图

图2 未变形箭体的ICEMCF气动网格划分气动计算的控制方程为雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程，空间离散格式为一阶迎风格式，采用双时间步推进进行求解。通过k-ε湍流模型和壁面函数法求解近壁面处边界层，远场边界条件为压力远场，箭体壁面边界条件为无滑移壁面。在开展箭体的气动参数仿真计算时，单个状态的计算需要迭代到5000步。针对高超声速状态，需要选取不同的Courant数，其默认值是5。在实际计算中，初始Courant设置为1，逐步增加为3、5、10，每次增加Courant参数后，在上一步计算结果的基础上重新进行气动仿真计算。每个Case的工况由马赫数、大气压共同决定。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3103033