超音速旋转弹箭气动特性及流固耦合计算分析

发布时间：2023-11-21 19:20

　　弹丸、导弹、旋转/不旋转的火箭弹等飞行器在飞行过程中可能会经历超音速、高超音速阶段。在针对飞行器高速飞行阶段的计算研究中,除了气动布局设计等常规设计之外,另一项重要任务就是对飞行器进行气动加热计算。随着当代细长火箭弹飞行速度越来越快,计算气动载荷和弹性力之间的耦合,甚至是气动载荷,热载荷,弹性力之间的耦合影响也越来越重要。在航空航天工程中,计算流固耦合力学方法在火箭弹的气动弹性,气动热弹性设计中极为重要。在本文的研究工作中,采用的是计算流体力学(CFD)工具对气动力/气动热特性展开计算。同时,采用集成了CFD程序和计算结构力学(CSD)程序等解算器的多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench (AWB)对火箭弹的静气动弹性和静气动热弹性进行计算分析。 首先建立了M910弹丸和翼身组合体模型F4的空气动力学计算模型,然后采用计算流体力学(CFD)和工程经验公式相结合的方法,计算得到了M910弹丸和模型F4的气动系数分布,与实验数据对比,误差均在工程误差范围内。同时,数值模拟得到旋转弹箭绝热壁面不同飞行速度、不同攻角的弹箭迎风面中心线上温度分布数据图和温度分布云图并分析了旋转对弹箭...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 计算流体力学的应用意义
    1.3 超音速气动力和气动热的数值模拟研究的意义
    1.4 气动弹性及气动热弹性的研究背景、概况及未来发展
        1.4.1 研究背景
        1.4.2 国内研究概况
        1.4.3 国外研究概况
        1.4.4 未来发展
    1.5 论文的主要研究内容
2 旋转弹箭空气动力学计算模型和方法
    2.1 计算模型
        2.1.1 M910弹丸空气动力学模型
        2.1.2 F4弹空气动力学模型
    2.2 计算方法
        2.2.1 CFD控制方程
        2.2.2 湍流模型介绍
        2.2.3 SSTk-ω湍流模型
        2.2.4 初始条件和边界条件以及离散格式
        2.2.5 M910弹丸和F4模型流场计算网格
    2.3 气动特性计算公式
    2.4 M910和F4旋转弹箭气动特性计算结果与分析
    2.5 本章小结
3 火箭弹静气动弹性仿真计算
    3.1 引言
    3.2 法向力分布数值计算
        3.2.1 多节火箭计算模型
        3.2.2 多节火箭计算方法
        3.2.3 多节火箭法向力分布计算结果
    3.3 静气动弹性计算
        3.3.1 双向流固耦合计算流程
        3.3.2 计算模型
        3.3.3 计算方法
    3.4 本章小结
4 火箭弹静气动热弹性仿真计算
    4.1 引言
    4.2 静气动热弹性单向耦合流程图
    4.3 计算模型
    4.4 计算方法
        4.4.1 流体域计算方法
        4.4.2 固体域计算方法
        4.4.3 气动力计算结果
        4.4.4 气动加热数值计算
        4.4.5 气动热弹性数值模拟结果
    4.5 本章小结
5 论文总结
    5.1 工作总结
    5.2 未来展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3865834