质心偏轴旋成体高超声速气动特性工程计算方法

质心偏轴旋成体高超声速气动特性是弹道式再入飞行器运动轨迹计算必须的原始数据。工程初步设计中,可利用牛顿理论给出这种物体高超声速气动特性的计算公式,并讨论质心偏轴的影响。     

基于误差随机过程无人飞行器的撞地概率计算公式

在误差随机过程为平稳正态过程的假设下，研究了无人飞行器撞地概率的计算问题。在已知地形数据的情况下，从理论上推导出无人飞行器只受到垂直干扰时的撞地概率的计算公式；并在仅利用地形特征参数的情况下，得到了较为简洁的计算公式，在进行无人飞行器航迹规划过程中可以实现撞地概率的实时计算。给出了无人飞行器既受到垂直干扰又受到水平干扰时的撞地概率的计算公式，并对它们的计算作了简化，得到了一个近似计算公式。讨论了撞地概率计算公式的应用问题，分析了误差随机过程的标准差、飞行器机动带宽及地形标准差对撞地概率的影响。     

飞行器气动与隐身综合特性数值分析

开展了飞行器气动与隐身综合特性数值研究,编制了相应的计算与分析程序。该程 序的主要 功能包括：飞行器外形参数化和计算网格的生成,气动特性计算（利用有限体积方法求解NS 方程）,隐身特性计算（利用时域有限差分方法求解Maxwell方程）,飞行器气动与隐身综 合特性分析。作为应用的一个实例,对一种带翼钝锥体的气动和隐身综合特性进行了分析, 并设计出两种新的外形,新外形的气动和隐身综合特性与原形相比有明显提高。     

吸气式高超声速飞行器动力学特性分析

吸气式高超声速飞行器是下一代单级入轨和高超声速巡航研究的重点飞行器。其机身/发动机组合对飞行器动力学影响不同于常规飞行器,不能通过常规的气动分析方法对整体飞行器进行气动力计算分析。提出了利用激波膨胀波理论计算飞行器上表面的气动力,利用二维流场中的牛顿激波理论计算飞行器前体下表面的气动力,采用一维定常流模拟发动机内部工作流场,膨胀波理论计算飞行器后体气动力的吸气式高超声速飞行器整体气动分析方法。仿真分析验证了本方法的可行性和正确性。     

基于HIFIRE-5外形的高超声速飞行器流场特性数值仿真研究

采用数值仿真方法,开展了高超声速飞行器(HIFIRE-5)的流场特性计算研究,精确捕捉高超声速流场中的波系、背流面横向流动及表面流动现象,并对激波及横向流动其机理进行了详细分析。结果表明,所用数值计算方法有效,横向流动和横流失稳是产生流场三维涡系结构的主要原因,该认识可为类似外形高超声速飞行器的气动外形设计、优化及气动特性分析提供参考。     

基于HIFIRE-5外形的高超声速飞行器

采用数值仿真方法，开展了高超声速飞行器（HIFIRE-5）的流场特性计算研究，精确捕捉高超声速流场中的波系、背流面横向流动及表面流动现象，并对激波及横向流动其机理进行了详细分析。结果表明，所用数值计算方法有效，横向流动和横流失稳是产生流场三维涡系结构的主要原因，该认识可为类似外形高超声速飞行器的气动外形设计、优化及气动特性分析提供参考。     

滑跃式高超音速巡航飞行器设计初步研究

在分析国外滑跃式高超音速巡航飞行器的发展现状基础上,提出了高超音速巡航飞行器的概念设计,对滑跃式高超音速巡航飞行器总体方案提出了设想。选择乘波构型建立了滑跃式高超音速巡航飞行器的气动布局,采用Euler方程数值解法Dahlem-Buck公式和切楔法对气动布局的亚、跨、超、高超音速气动特性进行了计算分析。由结果可见,建立的气动布局可满足总体方案设想中飞行任务要求。对滑跃式高超音速巡航飞行器的动力技术进行了初步研究,分析了采用火箭基组合循环发动机(RBCC)方案所需的燃料消耗。由初步分析计算结果可见,对于Ma≈10的滑跃式高超音速巡航飞行器,采用RBCC作为推进系统,可满足总体方案的技术要求。     

类Clipper再入返回飞行器气动特性分析

针对类Clipper再入返回飞行器的气动特性,采用近似反设计的方法,在飞行器外包络等约束条件下,通过形状控制函数,计算出类Clipper飞船的气动外形。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,研究分析类Clipper再入返回飞行器在不同高度、不同马赫数和不同攻角下的全空域/速域气动特性变化规律,并结合不同飞行状态下的压心位置探讨飞行器的稳定性。结果表明:类Clipper再入返回飞行器在不同飞行状态下能够具有良好的气动特性,最大升阻比可达1.1以上,属于中等升阻比再入,总体呈现出良好的静稳定性,可在未来作为具有可重复使用再入返回飞行器的方案之一。     

弹道导弹关机点偏导数计算/校验的新算法

对摄动制导的弹道导弹而言,关机点偏导数和全导数计算及其校验是导弹诸元计算中的重要环节。本文利用相对系运动参数和绝对系运动参数之间的关系,推导了弹道导弹关机点偏导数计算的三组新的计算公式,这些公式均建立在严格证明的基础上,它们构成了完整的、高精度偏导数计算/校验算法。和定型的算法相比,文中的算法具有数学描述简洁,计算方便,校验可靠、精度高的优点。可满足弹道式导弹精确诸元解算/校验的要求。     

关于大气飞行器的控制增益自适应调节方法研究

研究的目的是解决飞行器飞行空域和飞行状态大范围快速变化时姿态控制系统的适应性问题。采取的方法是首先通过某一大气飞行器的传递函数计算分析,找出对传递函数幅相特性影响比较大的关键动力学系数,再通过对关键动力学系数的全气动表变化规律研究,设计出姿态控制系统的动静态增益随M,α,β和q的变化规律,从而实现了动静态增益在整个飞行状态下的自适应调节,大大提高了姿态控制系统的裕度和适应性。     

飞行器合理传递参数的解法

本文基于矢量矩阵分析法,建立了含气动、结构和飞行参数及其偏量的数学模型,它可用来分析飞行器的合理传递参数。按此方法不仅可以同时调整若干设计参数,而且还可简化计算机辅助设计的程序。为选择合理传递参数,列出了设计参数的调整准则。 取用动态因子和转换因子,使所得方法对于正常式、鸭式、旋转弹翼式和弹道式导弹都是适用的。     

太阳帆板地面展开的气动阻力数值仿真

为研究太阳帆板地面展开试验中气动阻力的影响,基于动网格技术提出了一种时变空气阻力计算方法。该方法采用CFD商业软件进行仿真计算,分析了三帆板地面低速展开的气动阻力影响。分析结果表明,该帆板在运动过程中所受的阻力较小,与工程设计的预估结果相近。     

基于动态逆和变结构控制理论的BTT导弹控制系统设计

基于动态逆和变结构控制理论提出了一套设计BTT导弹控制系统的方法。该方法首先应用动态逆控制对被控对象近似线性化,再应用变结构控制提高系统的鲁棒性。文中详细推导了基于气动参数上下界的控制系统参数选择方法,无需对气动参数在线辨识。最后,在考虑各个环节非理想因素的情况下,针对某型BTT导弹进行了三通道联合仿真,证明了方法的有效性。     

SCAT弹头热防护的简化计算方法

本文对自适应发汗冷却（ＳＣＡＴ）弹头的热防护问题作了简化分析，并导得了热防护计算的简化计算公式。对铊，铟，锡和水四种冷却剂的情况，给出了算例。本文导行的公式，计算较简便，可作为弹头热防护设计的一种工程计算方法。这种工程计算方法亦可以用于地模拟实验前的予算。     

发动机喷管对火箭气动静稳定及控制特性影响研究

发动机喷管外露于火箭尾部是常见情形,但在火箭气动设计过程中却经常不予考虑。利用数值计算方法,研究喷管外露部分对火箭气动静稳定及控制特性的影响。计算结果表明:在超声速Ma=2~12、攻角30°范围内,外露喷管对火箭气动静稳定性有1%~2%的增加,且气动控制效率明显,喷管±3°摆角产生的气动控制力矩约为头部空气舵±20°摆角的1~2倍。因此,对于确实存在喷管外露的火箭,在气动特性设计过程中需充分考虑喷管对静稳定性的影响,甚至可以考虑将喷管作为气动控制面,用于火箭无动力滑行段的姿态控制。     

火箭弹气动学科代理模型构建方法研究

针对火箭弹多学科优化体系中气动学科采用计算流体力学方法计算时间过长的问题,提出了一种综合运用CFD技术、试验设计技术、径向基函数神经网络技术构建火箭弹气动学科代理模型的方法,并对其流程进行了详细分析说明。通过算例分析,证明了该方法的可行性和有效性。该方法在保证一定精度前提下大大降低了火箭弹气动学科的计算周期。     

基于整体级概念的多级固体运载火箭设计与优化

针对多级固体运载火箭小型化需求,采用整体级概念(ISC)进行总体方案改造和优化设计.描述了2种ISC概念的特点,以某三级常规方案固体运载火箭为基准,通过利用级间的剩余空间,完成ISC方案改造.建立了运载火箭的整体级发动机动力计算模型、气动计算模型和弹道计算模型,并结合任务指标要求,提出了运载火箭的总体参数优化模型.在相同的任务条件下,完成了常规方案和2种ISC方案的优化.结果表明,引入ISC概念可将运载火箭体积缩小15%～20%,起飞总重缩小1%～1.5%,满足了总体指标要求,达到了运载火箭小型化设计目的.     

超声速半流伞设计与分析

半流伞是一种典型的超声速减速伞,结构设计和气动特性分析是研究其工作性能的基础。文章结合某超声速减速伞设计实践,论述了超声速伞型的选择和半流伞结构设计方法。通过低速风洞试验、高速风洞试验和高速飞行投放试验,对半流伞气动特性、开伞特性及最大开伞动载进行了研究,获得了半流伞的摆角参数和阻力系数变化规律。研究结果表明,半流伞超声速段阻力系数减小是前置体尾流效应、伞形状变化及充气不稳定等综合因素造成的。火工动力开伞与倒拉法程序结合是开伞程序设计的关键。由于颤振和气动热的影响,超声速段开伞动载计算与亚声速段有明显不同。研究结果对超声速伞的稳定减速机理、结构优化设计和性能试验具有参考意义。     

充气式返回舱气动热特性研究

文章针对航天器返回实时性和经济性的需求,以充气式返回舱为研究对象,研究该飞行器从空间站返回过程中的气动特性,重点分析气动热特性。文章通过引入分子运动论、Kemp-Riddell方法、Linear桥函数等计算方法,建立起该飞行器在自由分子流区、过渡流区和连续流区高超声速情况下的表面热平衡方程,得出了该飞行器返回过程中的驻点热流密度和驻点壁面温度。计算分析了该飞行器最大直径D1和半锥角α等几何尺寸对其气动热特性的影响,得到在一定范围内增大D1和α可以有效减小驻点热流密度和驻点壁面温度,并研究在峰值加热高度附近70km、80km处不同马赫数下的气动热特性。在此基础上,依据热防护系统材料和布局,将气动加热计算的表面热流分布作为外壁边界条件,分析了结构材料层的温度变化特性。