高速气流作用下两级飞行器动态分离过程研究

发布时间：2021-06-09 07:14

　　为研究超声速气流对分离过程的影响,开展了两级飞行器高速气流下动态分离过程的数值模拟,建立了高速气流环境下含空气阻力内弹道模型;基于嵌套网格技术,分析了不同高速气流来流速度及攻角下前级的气动与运动特性,得到了前级典型气动参数、动态分离速度及静动态分离速度差异变化规律.结果表明:在本文研究范围内,静动态分离速度差异在不同高速气流来流速度和攻角条件下变化明显.随高速气流来流速度增大,前级分离结束时刻的阻力系数、升力系数和动态分离速度减小,速度差异因子增大;随攻角增大,阻力系数、升力系数和分离速度增大,速度差异因子减小. 

【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 两级飞行器示意图

由于本文中后级质量远大于前级,后级速度在分离过程中变化极小,故后级速度可视为定值. 参考动态分离过程的风洞研究等效方法[13],本文以速度恒定的后级为基准建立惯性坐标系,图2为坐标系选取示意图. 分离初始阶段,在后级惯性坐标系下,前后级初始速度均为0,高速气流以v∞的来流速度向两级飞行器运动.1.2 高速气流下含空气阻力内弹道模型

取火药力f=950 kJ/kg,装药密度为ρ=1 600 kg/m3,装药质量为ω=0.15 kg,药室容积为W=0.000 8 m3,剪切销材料为硬铝,屈服应力σm=265 MPa,前级质量m=15 kg,弹径D=130 mm,前级膛内行程l=4 m. 式中,v为前级膛内运动速度,α为攻角,l为前级膛内行程,其余参量详见文献[14]. 采用Matlab中4阶龙格-库塔法计算可以得到动态分离过程膛内压力曲线. 图3为不同高速气流来流速度及攻角条件下的膛压p-t曲线. 通过观察可以发现不同高速气流来流速度及攻角下分离机构的膛压p-t曲线存在差异:随高速气流来流速度增大,分离机构最大膛压增大,且最大膛压对应时刻出现越早;随着攻角增大,分离机构最大膛压减小,且最大膛压对应时刻出现越晚. 由于本文研究飞行器攻角范围相对较小,所以图中不同攻角的膛压曲线变化差异有限.将理论计算所得膛压曲线导入CFD-FASTRAN软件进行分离气动计算,即可得到飞行器分离结束时刻的气动与运动特性.

【参考文献】：
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3220199