基于CFD动网格的内装式空射分离研究

研究了使用飞机发射运载火箭时的机箭分离过程.提出了一种可以解决内装式空射分离问题的整体解决方案,主要基于CAD三维实体建模方法、多体动力学方法和结合六自由度运动的计算流体力学(CFD)动网格方法.以CFD动网格计算为核心,进行了空射分离过程关键问题的研究,得到了火箭在载机气动干扰环境下的运动特性,为轨道卫星和弹道导弹的快速、廉价发射打下了研究基础.     

临近空间飞行器多体分离气动分析

针对临近空间特殊的飞行环境和流场特性,以面对称的子母弹为具体研究对象,采用CFD仿真计算的方法,得到了腹抛分离发射方式下分离速度、高度、子弹气动力与姿态角之间的关系,在研究和分析多者之间变化规律和趋势的基础上,提出了适用于临近空间腹抛分离发射的分离方案,这为今后开展该领域分离发射技术的研究和临近空间气动流场的仿真分析奠定了基础。     

空射导弹发射初始弹道数值仿真

导弹从载机上发射时,载机对导弹的流场存在干扰,从而影响导弹在发射初始阶段的姿态和运动轨迹。为了确定导弹的初始弹道参数,本文利用CFD商业软件Fluent6.1计算导弹发射时的非定常流场,并通过该软件的接口嵌入导弹的六自由度弹道方程,同时计算了导弹在载机流场干扰下的非定常气动力和初始弹道。计算结果清晰地表现出导弹与载机的分离过程和载机流场的干扰形式,并可估算出载机的流场干扰范围。     

美国空基发射技术发展分析

通过对美国近70年来空基发射技术发展历程进行研究,分别从空射弹道导弹、空射运载火箭、空射飞行器三个方向总结了空基发射技术的发展现状与技术特点.从应用场景与发射成本角度出发,分析了空射弹道导弹、空射运载火箭、空射飞行器三种应用方式的发展前景与关键问题.分析了不同类型载机平台的特点,以及新研双机身载机平台的优势.最后,对我...     

美国“快速抵达”空射运载火箭系统分析及启示

介绍了美国"快速抵达"空射运载火箭项目的背景、发射系统的组成单元以及各单元的功能和作用,分析了该系统的发射原理和发射过程,研究了该项目包括理论分析、计算仿真、地面试验和飞行试验等内容的技术发展路线,总结了该项目对发展空中发射运载火箭技术的几点启示。     

内置式重力空射火箭运动出舱安全性分析

为研究内置式重力空射火箭运动出舱的安全性,应用多体动力学软件(ADAMS)构建了重力空射载机-箭-伞系统的动力学仿真模型,利用动态链接子程序实现了气动力的加载,分析了稳定伞阻力特性、滚轮摩擦系数、载机飞行速度和载机飞行俯仰角对火箭出舱安全性的影响,根据仿真计算结果得出了影响因素对火箭运动出舱整个过程安全性的影响规律.     

空射弹道导弹助推段弹道设计与优化

在弹道优化设计研究中,针对空射弹道导弹弹道优化两点边值问题解析求解困难且对参数敏感的问题,基于将过程优化问题转化为参数优化问题的思想,采用了飞行程序角设计的参数优化方法。根据空射弹道导弹亚声速水平发射的特点,首先基于动力特性设计了其助推段飞行程序角模型,确定了恰当的控制变量参数化结构,在满足飞行过程的多种约束条件下,建立了弹道优化模型,引入序列二次规划法对其进行优化计算,从而实现了对确定优化目标的轨迹快速生成。仿真结果表明,弹道优化计算时间缩短,收敛速度明显提高,可在原有设计基础上,提升优化指标16%,验证了该方法的有效性。     

人员离机轨迹数值模拟及快速预测研究

离机轨迹研究在分析外挂物分离、导弹投放以及人员空中脱离过程等方面有着重要的参考意义。运用动态嵌套网格技术,通过CFD方法来模拟人员空中离机后的运动轨迹。提出一套基于本征正交分解(POD)方法的人员离机轨迹快速预测算法。将CFD数值模拟得出的离机轨迹作为样本,以飞行马赫数和攻角双参数变化为例,详细介绍POD方法预测离机轨迹的实现步骤。结果表明:POD方法相对于CFD方法可以大大减少计算时间,并且POD预测结果与CFD方法得到的结果吻合较好,为离机轨迹预测在工程应用上提供了一种快速简便的方法。     

无人机零长发射分离安全性分析

论述了零长发射闭锁力、释放机构剪切销尺寸、剪切力计算方法。利用虚拟样机技术(VPT)建立了无人机零长发射分离过程动力学仿真模型,对发射分离各种工况进行仿真分析,得到了无人机离轨运动规律、安全距离等参数,并对靶试工况进行仿真,仿真结果与靶试结果对比基本一致,验证了某型无人机零长发射的可行性和安全性。     

基于动网格技术的飞机舱弹分离过程 CFD/ RBD耦合数值仿真

飞机舱弹分离瞬间特性严重影响导弹/炸弹的打击精度。采用计算流体动力学(CFD)和刚体动力学(RBD)模型耦合求解的数值仿真方法,应用网格弹性光顺和局部重构相结合的动网格技术,有效地避免了刚体运动而引起的网格畸变,仿真计算了炸弹舱弹分离后俯仰角度变化过程 .仿真结果表明,舱弹分离时向炸弹施加 1个合适的抛 射力矩,有助于炸弹在下降过程中快速地调整其打击姿态。     

CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展

计算流体力学(CFD)技术在航空工程领域发挥着重要作用。总结了CFD技术在航空工程领域中的应用,系统阐述了气动设计、气动弹性、气动噪声、数字化飞行等多学科耦合计算领域对CFD技术的需求,结合实际工程应用分析了CFD技术面临的主要挑战。总结了近年来CFD技术在流动分离、边界层转捩、高精度方法和运动网格技术等领域取得的研究成果以及在气动特性评估、流动机理分析、气动设计、气动弹性、气动噪声等工程领域中的应用。进一步展望了CFD数值模拟未来的几个关键技术以及应用前景。     

内置式空中发射运载火箭发射方向研究

对运载器与载机分离过程的几个阶段采用统一模型进行研究,建立了分离过程物伞系统的刚体-质点模型。以此数学模型为基础,对空中发射的分离过程用Matlab/Simulink进行了仿真计算。结果表明,前向发射在分离过程结束时运载器的高度损失和速度损失比后向发射小,性能优于后向发射,对实际工程应用具有重要参考价值。     

考虑约束的机载导弹导轨发射数值模拟

采用计算流体动力学和刚体动力学模型耦合求解的方法,对导轨发射的机载导弹分离过程进行了模拟,导弹运动过程包含了双(多)吊挂约束、单吊挂约束和自由运动三个阶段,为了模拟单吊挂约束状态下导弹的运动,在刚体六自由度运动方程基础上,发展了约束形式的刚体动力学模型,通过计算刚体自由转动(欧拉陀螺)和旋转刚体的进动(拉格朗日陀螺)两个算例,得到与理论解吻合的计算结果,验证了运动模型的正确性。在此基础上,对某机载导弹的发射过程进行了数值模拟,模拟中根据后挂点所处不同位置分别采用直线运动、单铰链约束和六自由度运动模型。通过数值仿真,获取了发射过程的运动轨迹和姿态变化,结果表明中等攻角下翼吊导弹受到横向洗流的作用,产生较大的侧向力和偏航力矩,导致导弹发生横滚产生弹架干涉。单吊挂约束下导弹俯仰运动受到法向气动力、重力以及法向过载的作用,严苛条件下可能引起弹架干涉。     

雷神公司完成小型空射诱饵的飞行试验

雷声公司近日宣布,已经完成了 ADM-160B 小型空射诱饵(MALD)的飞行试验。小型空射诱饵以涡喷发动机为动力,可对敌防空系统实施干扰,其载机包括 B-52轰炸机和 F-16战斗机等。迄今为止小型空射诱饵在 B-52轰炸机和 F-16战斗机上共进行了35次飞行试验,其中33次获得了成功。小型空射诱饵重为115kg,采用可折叠弹翼,可装备多种作战飞机,只要这些作战飞机具有悬挂227kg 炸弹的能力即可,其中装有1760数字武器数据库的作战飞机还具备发射前的诱饵航迹重新规划能力。目前雷声公司正在对在小型空射诱饵上加装数据链进行演示验证,目的是使小型空射诱饵具备发射后的航迹重新规划能力。     

航天器通气孔放气过程计算研究

针对航天器发射时火箭整流罩内压力快速变化在航天器结构上引起的内外压差,分析了一维等熵公式计算非定常放气过程的误差来源;然后以龙飞船构型为例,采用计算流体力学(CFD)方法仿真模拟了龙飞船的非定常放气泄压过程,并对不同大小通气孔的放气过程进行了对比计算,得到了放气过程中的流场流动状态和压力分布。计算结果表明通气孔越大,内外压差越小,放气速度越慢,一维等熵公式结果与CFD结果吻合越好。研究成果可为航天器通气孔的总体设计提供参考和依据。     

基于CFD的高效气动弹性计算方法

本文在高效气动弹性分析方法方面的研究工作包括:对于超声速流动范围,发展了一种基于CFD数值计算流场修正的高效、高精度工程算法,既含有CFD技术模拟复杂激波系的流场特征信息,又具备工程算法计算速度快的优点;对于失速迎角前的飞行器从亚声速、跨声速到超声速范围,发展了一种基于CFD技术的非定常气动力建模方法,由此获得气动弹性计算所需的非定常气动力,此方法可以包含物面在跨声速存在激波运动的流场信息,计算精度与直接应用CFD模拟气动弹性过程的方法相当,但运用非定常气动力建模技术途径的效率可以比直接基于CFD模拟方法提高2个数量级,对CFD技术应用于气动弹性精确预测方法具有工程实际应用价值;还研究了基于非定常气动力建模的方法用于伺服气动弹性分析、阵风响应.     

基于舵面控制的外挂物分离仿真方法研究

基于舵面控制的外挂物分离仿真是一个典型的多学科耦合问题,需要对其气动性能、飞行性能和控制性能综合进行分析。本文主要围绕数值仿真中计算流体力学（CFD）和控制方程与刚体动力学（RBD）方程的耦合求解、高效嵌套网格技术、耦合飞行控制系统（FCS）的气动/运动/控制的多学科耦合仿真的三个关键技术进行研究。针对以上技术难点,发展了一套基于舵面控制的外挂物分离仿真方法。仿真结果表明,通过舵面控制,有效改善了外挂物在分离过程中的姿态变化剧烈的现象,提升了分离安全性与分离品质;发展的基于舵面控制的外挂物分离仿真方法能够处理复杂运动边界的非定常问题,检验飞行控制律,具有一定的工程价值。     

高超声速钝双楔绕流流动转捩与分离流动的壁温影响

为研究壁温对吸气式高超声速飞行器进气道转捩流动的影响,选取钝双楔这一典型外形,基于德国Aachen工业大学Thomas与Herbert所开展的双楔高超声速风洞试验,分析了一些已有的计算流体力学(CFD)研究内容,并结合本文不同方法的CFD数值模拟结果,讨论了不同壁面温度对该双楔模型高超声速绕流流动转捩与流动分离的影响。对于双楔模型,流动分离一般发生在拐角附近,由于流动分离旋涡的剪切作用会诱发流动转捩,转捩又会改变流动分离强度、分离涡尺寸,若分离流动存在非定常特征则将导致非定常旋涡运动与流动转捩的复杂相互作用。通过比较已有文献的CFD数值模拟结果与本文计算结果,表明只有按照转捩思路开展的数值模拟才能够反映该风洞试验情况。计算结果与试验数据的比较显示,文献中按照第一压缩面层流与第二压缩面湍流状态计算得到的结果能够在一定程度上与风洞试验数据相符,本文使用MUSCL格式、剪切应力输运(SST)湍流模型与γ-Reθ关联转捩模型这种计算方法,得到的结果与试验数据符合较好,正确地反映了风洞试验情况。分析还表明,在分离流动之前的区域,随着壁面温度的升高,壁面热流会下降,近壁区域黏性系数变大,边界层内速度剖面不饱满,速度边界层较厚,厚的速度边界层容易发生流动分离现象。     

发射发动机气动分离机构设计与试验

对发射发动机气动分离机构工作过程进行数值仿真，着重分析了突缩突扩气流不等熵流动过程的流量计算方法，给出了内弹道p-t曲线、活塞腔压强p-t曲线、推力F-t曲线、分离剪切力Fτ－t曲线和分离时间的预示结果，并通过真实发动机试验获得验证。计算与试验结果为分离机构设计与分析提供了依据。     

风能模型的发展及CFD在风资源开发利用中的应用

风能科学的发展一个很重要的方面就是从大气运动到风力发电机尺度流场的不同时空尺度运动的研究。随着计算能力的发展，计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）已经广泛应用于风能开发领域，使得风能模型从应用于较平坦地形的线性模型，发展到应用于复杂地形、耦合天气过程，考虑风力发电机排布、尾流效应的模型链。本文首先介绍了目前风能评估、微观选址、风功率预测模型的发展，之后详细介绍了在这些风能模型中CFD方法的改进，主要集中在中尺度到微尺度的“降尺度”、尾流模拟和复杂地形风场模拟3个方面，最后对风能模型发展过程中CFD所面临的挑战进行了展望。