为了研究火箭弹气动外形对弹道特性的影响,设计了不同气动外形的火箭弹模型;利用ANSYS FLUENT对不同火箭弹模型飞行流场进行数值模拟,获得其气动特性参数;建立质点弹道模型,利用已经获得的气动力参数进行外弹道仿真,分析气动外形对火箭弹射程的影响。结果表明,经过优化设计的火箭弹模型可以提供0.08～164.53 m的射程变化量。研究结果可以为火箭弹气动布局优化设计及其工程应用提供理论和技术支持。

目前常将火箭弹改为靶弹,作为低成本的靶标。为了增强士兵的可观测性,现在弹体上开喷孔加装曳光管,使其在飞行过程中向外喷射强光以显示航迹信息。文中运用CFD仿真软件对曳光火箭靶弹的三维绕流流场进行了数值模拟分析,研究不同开孔方式的气动耦合效应对气动特性及稳定性影响,得出结论:火箭靶弹曳光喷孔处产生负的滚转力矩作用在尾翼上,使翼片的压力和密度分布不对称;导致弹丸阻力系数、静力矩系数增大,升力系数减小,稳定储备量降低。

为满足战术导弹方案设计初期对计算精度和效率的需求,建立了一种具有中等计算精度的亚声速导弹气动力快速评估方法。采用涡格法计算导弹升力、压力中心、尾舵效率以及动导数,基于部件叠加原理来评估阻力。对某战术导弹计算分析后,结果表明:当马赫数在0. 3～0. 6,攻角在0～8°范围时,该方法各气动参数的最大计算误差在15%以内,且单个状态点的计算时间不超过20 s,在概念设计阶段具有较好的计算精度和较高的计算效率。

为研究十字形尾翼导弹模型的空气动力学的特性,通过三维建模软件对导弹模型三维实体化,并通过网格划分软件对三维模型进行网格划分,采用Fluent中湍流Spalart-Allmaras模型对导弹模型的气动特征进行分析。采用数值模拟的方法来研究空气绕流此导弹模型的流动情况,并分析导弹在不同马赫数和不同攻角时空气动力、力矩、阻力系数、升力系数变化规律。研究的结果对十字型尾翼导弹的气动动力设计及后续飞行控制系统的设计有重要的意义。

由于腹部进气布局导弹进气道和弹体内外流相互干扰,使得此类导弹的气动性能难以计算。为解决初步设计阶段此类导弹的气动计算问题,文中以DATCOM程序为基础,以CFD数值模拟为依据,采用部件组拆方法,发展了一种腹部进气布局导弹的气动力快速估算方法。结果显示,该方法计算速度快、适应性好、精度高,在吸气式导弹初步设计中具有较高的应用价值。

基于数值虚拟飞行技术,研究自旋尾翼鸭式布局弹箭尾翼姿态变化对弹体气动特性及操控性的影响。通过耦合求解非定常流动控制方程、刚体动力学方程以及舵偏控制率,对自旋尾翼鸭式布局弹箭的俯仰机动过程以及闭环滚转控制过程进行了模拟。结果表明弹体作纵向机动,自旋尾翼处于"十"型姿态时鸭舵洗流的作用最显著,尾翼旋转运动对弹体俯仰操控能力有一定程度减弱,但对俯仰振荡收敛时间以及平衡姿态角影响较小;在滚转姿态控制过程中,采用自旋尾翼时的滚转控制力矩是采用固定尾翼的3倍以上,且全弹的俯仰气动特性基本不受影响。

石英音叉陀螺仪是一种典型的振动陀螺仪,其在不同载体振动环境中的零位控制技术对制导武器弹体姿态的准确测量非常重要。由于石英音叉陀螺仪本身存在驱动频率、谐振频率和频差等基本振动陀螺仪物理参数,其与载体的基频和倍频可能出现重合进而相互干扰。分析了石英音叉驱动频率、检测频率,载体基频和倍频的相互影响及其在陀螺零位输出状态上的影响形式。针对不同载体频率,设计了石英音叉陀螺仪驱动频率的优化方案并进行振动试验验证,试验结果表明在载体基频180 Hz±5 Hz条件下,石英音叉陀螺仪的驱动频率在11 kHz左右的选取方式能够有效控制陀螺零位输出状态。

为研究超声速环境下云爆式子母弹分离过程与多体间的气动干扰,通过耦合求解流动控制方程、刚体动力学方程与运动学方程,对不同分离条件下分离过程进行了数值模拟,并对多体非定常流场特性、分离方案与作动形式对子弹运动过程的影响开展了讨论。结果表明分离运动初期母弹凹腔内流场对子弹姿态影响显著,通过提高弹间分离初速或采用气囊式分离方案可以有效降低腔内流动的影响,另更早张开弹翼也可有效抑制分离过程中子弹的角运动,使子弹姿态趋于平稳,有助于提高分离安全性。

采用橡胶材料的Neo-Hookean本构关系和非线性有限元法,建立某型固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,计算出橡胶O形圈在安装和工作状态下的变形和应力。据此对影响密封性能的各因素进行分析,讨论了初始压缩率、密封槽结构参数以及法兰位移等典型参数对橡胶O形圈密封性能的影响。文中的方法和结果对固体火箭发动机密封结构的设计具有一定的指导意义。

为进一步提高弹射器兼容性、实现弹射通用化,提出一种通用化可变内弹道的柔性气缸弹射器,实现多型号导弹通用化弹射。基于显式动力学理论,建立多工况通用化柔性气缸弹射负载有限元模型,实现基于粒子法的多型号导弹通用化柔性气缸弹射研究。对比研究了粒子法和计算流体力学方法压力容器试验仿真,所得仿真结果吻合,充分验证了粒子法的正确性和可靠性。研究结果表明:连续弹射会对后续弹射造成影响,第二次弹射相对第一次弹射速度降低8.7%,弹射过载降低4.4%;改变充气阀开启时序能够改变弹射性能,同时开启充气阀能有效提高弹射速度,顺序开启有助于降低弹射过载峰值;改变充气阀开合直径大小和开启时序可实现多型号导弹通用化弹射,同型号导弹不同顺序弹射速度相差12%以内,响应时间小于0.02 s。