基于微泡的弹丸飞行稳定性研究

发布时间：2023-03-11 03:17

　　MEMS器件的质量轻、体积小和功耗低等优点可以很好的满足航空飞行器的需求。将MEMS微制动器组合成阵列形式，构成自适应结构控制飞行器气动性能已成为MEMS研究在航空领域的主要发展方向之一，为流动控制开辟了一条新思路。 首先，本文以MEMS微制动器阵列实现弹丸修正控制为目标，根据微气泡制动器的工作原理，选用了符合需求的硅酮橡胶作为微气泡制动器气泡外壳材料，给出了微气泡制动器的结构尺寸和加工工艺的设计结果，设计了微气泡制动器在弹体头锥内的集成结构。 在此基础上，通过理论计算和数值仿真对微气泡薄膜在充气状态下的变形位移进行分析，得出了输入压力和薄膜几何外形与薄膜变形位移之间的关系。 然后，根据空气动力学原理，对微气泡制动器阵列作用下的弹丸进行了有限元建模和CFD仿真分析，得出了不同微气泡阵列排布下弹丸的气动力特性，借此实现了微致动器几何参数及其阵列排布的优化设计。 最后，为了验证微气泡阵列对弹丸操控能力和控制方案的可行性，本文根据六自由度理论建立了控制弹丸的弹道方程，结合气动特性结果，采用四阶龙格库塔算法计算了控制弹的外弹道参数，以及微致动器不同起控时间与修正量的关系。判定了弹丸在微气泡阵列...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 微型机电系统的发展状况
    1.2 基于 MEMS 的微制动器
    1.3 微制动器在流动控制中的应用
    1.4 论文研究内容及意义
第2章 微制动器阵列设计及仿真
    2.1 工作原理
    2.2 微气泡制动器阵列设计
        2.2.1 微气泡薄膜材料
        2.2.2 制动器结构尺寸
        2.2.3 工艺流程
        2.2.4 微型气泡制动器在头锥上的集成
    2.3 微气泡制动器机械测试
        2.3.1 理论计算
        2.3.2 数值仿真
    2.4 本章小结
第3章 弹丸绕流流场数值模拟分析
    3.1 数值模拟方法
    3.2 Fluent 软件简介
    3.3 流体力学基本方程
    3.4 弹道修正弹气动模型建立
        3.4.1 弹丸的三维实体模型
        3.4.2 物理模型网格的划分
        3.4.3 基于 Fluent 的计算方法
        3.4.4 仿真分析条件
    3.5 制动弹绕流流场数值模拟
        3.5.1 超音速模拟对比
        3.5.2 跨音速模拟对比
        3.5.3 亚音速模拟对比
    3.6 本章小结
第4章 制动弹丸的气动布局分析
    4.1 不同气泡结构对阻力系数影响的分析
        4.1.1 不同气泡长度时，阻力系数变化
        4.1.2 不同气泡宽度时，阻力系数变化
        4.1.3 不同气泡高度时，阻力系数变化
        4.1.4 不同气泡数量时，阻力系数变化
        4.1.5 不同攻角和马赫数时，阻力系数变化
    4.2 不同气泡结构对升力系数影响的分析
        4.2.1 不同气泡长度时，升力系数变化
        4.2.2 不同气泡宽度时，升力系数变化
        4.2.3 不同气泡高度时，升力系数变化
    4.3 本章小结
第5章 弹丸刚体弹道方程建立
    5.1 坐标系及坐标系转换
        5.1.1 坐标系
        5.1.2 各坐标系间的转换关系
    5.2 弹丸所受的力及力矩
        5.2.1 有风时弹丸受空气动力
        5.2.2 有风时弹丸的空气动力矩
    5.3 弹丸弹道方程组
        5.3.1 弹道坐标系上的弹丸质心运动方程
        5.3.2 弹轴坐标系上弹丸绕质心转动的动量矩方程
        5.3.3 弹道方程
        5.3.4 修正弹修正能力计算
    5.4 本章小结
第6章 弹丸的飞行稳定性
    6.1 弹丸飞行稳定性的基本概念
    6.2 弹丸飞行稳定性分析
        6.2.1 陀螺稳定性分析
        6.2.2 动态稳定性分析
        6.2.3 追随稳定性分析
    6.3 弹丸飞行稳定性判定
        6.3.1 陀螺稳定性判定
        6.3.2 动态稳定性判定
        6.3.3 追随稳定性判定
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢



本文编号：3759092