设计了一种采用"一"字平面鸭舵的尾翼式制导炮弹气动布局,并针对其高超声速特性进行了适配的气动参数计算。炮弹头部采用阻力较小的冯卡门形母线,长度为口径d的3.5倍,弹身中段为长5d的圆柱段,尾部长3d,收缩比0.8;设计了八片尾翼的稳定结构,为减小气动热,钝化了头部鼻尖及翼前缘,分析并计算了弹翼的安装位置、面积及几何尺寸;利用牛顿理论对该制导炮弹的高超声速气动特性进行工程计算,获得升力系数、阻力系数、静稳定系数等相关气动参数。结果表明:本文设计的高超声速制导炮弹的气动布局具有良好的高超声速特性及可控性,满足设计要求。研究结果可为高超声速制导炮弹总体设计提供参考。

为研究冲压增程制导炮弹在不同弹道阶段的气动特性,依据其工作原理与飞行特点,设计冲压助推、爬升飞行、滑翔控制状态所对应的3种气动外形。运用拼接网格技术与雷诺转捩模型,对冲压增程制导炮弹的三维流场与气动特性进行模拟和数值计算。结果表明:3种气动外形与相同外形参数(除舵翼与头部母线外)但不采用冲压结构形式的鸭式布局制导炮弹(参考弹)相比,升阻力系数规律一致;冲压助推、滑翔控制、爬升飞行外形在相同条件下对应的阻力系数依次递减,分别较参考弹阻力系数增大约50.5%、42.9%、33%;滑翔控制外形因鸭舵展开,相同条件下升力系数较其他两种外形大,又因进气道限制了鸭舵面积,相同条件下升力系数较参考弹小(约小11.9%);弹体摆动减小了冲压发动机进气道的流量系数和总压恢复系数,对其总体性能产生了不利影响。

针对滑翔制导炮弹的气动、弹道设计问题,为有效提高炮弹的滑翔性能,本文研究了一种气动-弹道综合优化方法。该方法采用工程算法进行气动分析,采用自适应配点的Radau伪谱法进行弹道分析,可综合考虑气动外形的静态参数优化和滑翔过程中攻角控制规律的动态优化;利用Kriging模型建立了炮弹外形参数和性能指标(如射程、飞行时间等)之间的映射关系,实现了外形优化和弹道优化的紧密耦合,并利用组合加点准则不断更新模型直至收敛得出最优外形和最优弹道。本文分别以射程最大和飞行时间短/控制能量消耗小为目标函数,对某滑翔制导炮弹的鸭舵、尾翼外形参数进行综合优化。仿真结果表明,相较于基准方案,综合优化方案有着更优异的弹道性能,其中Opt-1方案使射程提高了37.8%,Opt-2方案在攻击固定目标时能有效减少飞行时间并使控制能量消耗降低46%,验证...

针对高旋制导炮弹高转速导致控制难度大的问题,设计了一种利用船尾装置进行弹体减旋控制的制导炮弹外形,减旋船尾的轴承装置与前部舱段采用非硬连接方式,能够保证弹体出膛后达到船尾减旋效果。对弹体的气动外形进行物理建模,使用GAMBIT进行非结构化网格划分,通过FLUENT软件在Spalart-Allmaras模型的基础上对非硬连接减旋船尾的制导炮弹进行气动特性仿真。仿真结果表明在500次迭代完成后,随着马赫数的升高,阻力系数的收敛值从0.1740增加到0.4665,升力系数的收敛值从0.06699增加到0.4088,力矩系数的收敛值从0.08668增加到0.6460;弹头和弹尾所受压力值随着马赫数的增加而增大,且弹头所受压力最大值为9.82e+0.5 Pa,弹尾所受压力最大值为1.71e+0.5 Pa。仿真结果表明具有减旋船尾的制导炮弹气动外形合理,所得气动参数可为减旋制导炮弹提供设计依据。