内埋武器舱关键气动及声学问题研究

以风洞试验为手段,在高速风洞中对内埋武器舱关键气动问题进行了深入研究。利用静态压力测量、脉动压力测量、网格测力等测试手段,获取了典型弹舱流场静压分布特性、气动声学特性以及武器分离特性。研究结果表明：舱内静压分布变化明显,可以此定义弹舱流场类型;开式弹舱流场气动声学环境恶劣,总声压级强度可达170dB 以上,且频谱曲线上存在多个明显的能量尖峰;武器从舱内分离过程中可能产生较大的抬头力矩,影响机/弹安全分离;在弹舱前缘施以流动控制能降低舱内静压梯度、抑制气动噪声,且有利于改善武器分离特性。     

内埋武器舱动态流动特性及降噪控制方法研究

流动经过武器舱会产生诸如边界层分离、剪切层失稳、气动噪声等一系列复杂流动特征,进而可能对舱内设备和结构造成破坏。本文以近真实复杂内埋武器舱为研究对象,通过高精度数值仿真获取内埋武器舱动态流动特性;根据流场特性,分析武器舱内噪声产生机理,提出了前缘扰流片、导波管以及前缘吹气三种流动控制方案。通过高速风洞试验,系统分析了舱门开度、内埋武器挂载等因素对武器舱内噪声水平的影响,并且对不同扰流装置的降噪效果进行了测试分析。结果表明：内埋武器舱内流动以小尺度湍流结构为主;前舱在舱门小开度时总声压级较高,随开度增加后舱总声压级增大,舱门开到一定程度后,舱内总声压级分布基本一致。舱内挂载武器减弱流动对各壁面的拍击强度,使得舱内各壁面总声压级降低。三种控制方式均能够抬高剪切层,减弱武器舱内的能量注入,进而对武器舱内总声压级产生一定的降噪效果。在本文研究范围内,前缘扰流片的降噪效果最为显著,降噪幅值达5 dB。     

内埋弹舱舱门气动特性研究

在高速风洞中对内埋弹舱舱门气动特性进行了试验研究,给出了马赫数等于0.6时的静/动态试验结果。静态试验结果表明:舱门表面存在较强的气动噪声,其前缘附近的声压级与舱底最大声压级量值相当;舱门气动载荷随舱门开启角度变化剧烈,δ≈30°时舱门气动载荷最大。动态试验结果表明:舱门开启/关闭过程中的气动载荷随St数变化明显;舱门开启与关闭过程中的气动载荷存在显著差异。     

内埋式弹舱舱门气动载荷计算分析研究

采用中心有限体积法进行空间离散和四步Runge-Kutta显式推进方法进行时间推进数值求解了非定常欧拉方程;采用Delaunay方法生成内埋式弹舱舱盖打开时的非结构网格.数值模拟了内埋式轰炸机弹舱单开舱门在分别打开8°和45°时的复杂流场.通过对上述复杂流场的分析,发现作用于舱门的气动载荷具有使其趋向于关闭的特性,且有随打开角度的增大而减小的趋势.     

战斗机内埋武器装载方式初探

通过对新一代战斗机内埋武器装载方式设计过程中的一些关键技术的分析，重点结合内埋武器舱的设计研究，提出了战斗机内埋武器舱的相关设计要求。     

武器内埋式飞行器空腔流动流场数值模拟研究

本文采用有限体积法、中心差分离散格式、五步Runge—Kutta显式时间推进、应用人工粘性及多项收敛技术，基于自适应笛卡尔网格解算Euler方程的方法，对绕流此类飞行器的空腔流动的流场进行数值模拟，并且进行了初步分析与探讨。     

先进战斗机武器内埋发展趋势与关键气动问题

紧盯未来先进战斗机研制需求和发展趋势,详细分析了武器内埋技术在提高飞机战技指标和综合性能方面的优势,并介绍了国内外在先进战斗机武器内埋技术方面研究的基本情况和遇到的一些具体问题,归纳总结了内埋武器舱空腔复杂流动机理、流声振多场耦合问题研究的现状和关键技术难点;从内埋武器舱系统研制设计要求出发,梳理了先进战斗机内埋武器系统研制面临的关键气动问题和空腔类构型流致振动与噪声问题的主要特征,着重分析了内埋武器舱复杂流动机理、振动与噪声问题、数值仿真方法、风洞测试技术和流固声多场耦合控制技术难点,指出了下一步需要突破的关键技术难点和研究重点,为准确把握先进战斗机内埋武器系统关键气动问题和开展相关问题研究提供借鉴和指导。     

武器舱气动噪声主动流动控制技术风洞试验研究

针对飞机弹舱高强度气动噪声、内埋武器分离安全性等问题,以高速风洞动静态压力测量技术为研究手段,开展了基于脉冲射流激励器（Powered Resonance Tubes,PRTB）的武器舱气动噪声抑制技术试验研究。试验结果表明,试验模型具有典型的开式空腔流动特点,武器舱内部非定常流动引起的声载荷可达到150dB。PIV 试验结果研究表明空腔前缘布置主动脉冲射流激励器对剪切层施加激励,会改变武器舱上部剪切层的流动特性,对这种高强度的声载荷起到一定的抑制作用。     

内埋武器分离特性及其改进方法研究

在高速风洞中对外挂/内埋武器分离过程中的气动力特性进行了试验研究,试验同时研究了改善内埋武器分离特性的被/主动流动控制方法——前缘立齿和前缘射流,试验马赫数为0.6、0.9和1.5。采用内式天平获取了不同试验状态下武器模型的气动力数据。试验表明:与外挂武器相比,内埋武器分离过程中的气动力特性较复杂,存在机/弹分离安全隐患;弹舱长深比L/D对内埋武器分离特性影响明显,随L/D增大,武器最大俯仰力矩系数明显增加;被/主动流动控制方法均能有效改善内埋武器分离特性。     

内埋武器机弹分离相容性及流动控制试验研究

随着新一代先进有人或无人战斗机对高机动、超远程打击和隐身等性能提出要求,武器内埋式装载已成为必备选择。当内埋武器的质量-惯性载荷比非定常空气动力载荷大时,有效的武器分离通常不是问题;然而,当内埋武器的质量-惯性载荷比非定常空气动力载荷小时,可能导致内埋武器机弹分离过程出现俯仰角过大、急速滚转等不相容现象。本文针对内埋武器机弹分离相容性及流动控制方法开展非定常风洞投放试验探索研究,通过在武器舱前缘布置锯齿和矩形扰流板等被动流动控制装置,采用非定常风洞投放试验方法并结合高速纹影流动显示技术,研究了有无流动装置对内埋武器机弹分离相容性的影响,并提出细长旋成体布局式的内埋武器机弹分离相容性的判据表达式。研究发现,布置在内埋武器舱前缘的锯齿和平顶扰流板能在气流扇形膨胀区域内产生扰流激波,该扰流激波所产生的高压作用在导弹头部能起到减小抬头俯仰力矩的效果,对机弹分离俯仰方向运动产生较大影响,但对导弹垂直位移的影响并不大。前缘锯齿扰流板对机弹分离相容性的控制效果比平顶扰流板要好。     

内埋武器高速投放风洞试验技术

在0.6m×0.6m量级亚跨超声速风洞开展了内埋武器弹射试验技术研究。研制的风洞双视角、高亮度光路系统和六自由度(6DOF)图像分析系统,可获得飞行器内埋武器弹射投放物全轨迹图像和气动参数。此试验技术可独立调节投放物弹射速度和角速度,并可保证弹射速度误差≤5%,角速度误差≤10%,重复率≥95%;新研制的高亮度光源系统使拍摄图像清晰度更高,模型迎角辨识精度≤0.2°,有利于模型运动轨迹分析;光路系统得到合理设计,便于使用双视角技术得到模型运动轨迹及6DOF数据。新技术已完成亚跨超声速、多体干扰复杂气动力条件下的风洞试验验证,各项参数均达到或优于已有技术指标,并多次为型号试验服务,满足飞行器内埋武器弹射投放风洞试验研究需求。     

弹舱对飞翼布局飞机气动特性影响及其控制

以高速风洞气动力测量为研究手段,开展了弹舱开启对飞翼布局飞机气动特性影响及其流动控制试验研究。试验结果表明,对于飞翼布局飞机,弹舱开启主要影响飞机阻力特性,巡航状态下,弹舱开启后使得全机阻力增加60%～110%,Ma=0.8时全机升阻比降低34%。通过在弹舱前缘安装扰流片,对弹舱腔口剪切层施加流动控制,巡航状态下弹舱开启附加阻力最多降低20%,Ma=0.8时全机升阻比提高12.6%。     

采用流动控制的超声速内埋物投放特性研究

针对马赫数Ma3飞行状态下的内埋物安全投放难题,提出了两种适用于非平坦舱体外形的超声速内埋物投放分离过程的流动控制方法:第一种方法采用了圆棒扰流器,第二种方法采用气帘喷流。为了验证两种不同流动控制方法的效果,引入结构嵌套六自由度动态网格技术和基于k-ω湍流模型的Navier-Stokes方程计算,对包括重力投放、弹射投放、采用圆棒扰流器的重力投放和采用气帘的重力投放等4种不同的投放分离状态进行了动态全过程的计算对比分析。通过对仿真计算结果分析发现,当来流马赫数Ma∞3时,采用流动控制的投放物分离运动特性产生了明显的变化。由投放物下落过程中的俯仰偏航特性可以得出:采用圆棒流动控制有利于安全分离;气帘流动控制具有应用潜力,但采用这种方法需要针对特定的投放条件进行优化,否则可能诱发投放物在俯仰方向的姿态发散。     

WNND格式在稳态问题中的应用

基于二阶NND格式,引入Jiang和Shu的空间模板加权思想,构造了一种空间守恒变量型三阶精度的Weighted NND格式(WNND格式),通过组合波、球头以及Stardust返回舱绕流等多个算例对WNND格式进行了验证,数值结果表明,WNND格式引起的耗散和波动较小,并且能够高精度地分辨间断.在返回舱数值模拟中,引入了ADI隐式时间离散方法,加快了收敛速度,提高了计算效率.     

内埋武器机弹分离相容性研究进展综述

为满足新型有人或无人作战飞机高隐身、高速和高机动性等要求,作战飞机普遍采用武器内埋挂载方式。当高速气流流过内埋武器舱的空腔时,将引发边界层分离、舱口附近会存在复杂的剪切流动、舱内会产生极为恶劣的噪声环境等非定常流动现象,这些复杂的非定常流动现象严重影响内埋武器机弹分离相容性（ASSC）。首先,给出内埋武器机弹分离相容性的重要研究意义;接着,重点介绍内埋武器机弹分离相容性的研究进展;最后,论述和总结了国内外采用4种方法（理论分析与建模、风洞试验、数值模拟和飞行试验）研究内埋武器机弹分离相容性及其流动控制方法的进展,指出内埋武器机弹分离相容研究存在的主要问题,并给出几点建议。     

微射流作动器三维外流场数值模拟

采用有限体积法求解Faver平均N—s方程，对三维、粘性、非定常、不可压微作动器外流场进行数值模拟。计算结果揭示了微射流产生、发展与耗散的过程，和实验中观察到的现象比较吻合。旋涡对沿展向的不稳定性是涡环破裂、旋涡对的相干性消失的主要原因。二次涡的发现为以后研究微射流旋涡对的细微结构打下良好的基础。     

内埋武器投放分离相容性的风洞投放试验预测与评估

采用基于运动动力学相似的风洞投放试验对先进战斗机内埋武器投放分离相容性进行预测与评估,给出载机在不同飞行马赫数、攻角、弹舱长深比及舱内武器剩余数量、不同弹射力、折叠翼是否展开下,内埋导弹从载机弹舱投放分离后的运动轨迹和俯仰姿态角变化规律,研究这些因素对内埋导弹投放分离相容性的影响。结果表明：处于超声速飞行状态下（马赫数为1.5）的载机,攻角处于0°、2°、3°时投放内埋导弹后弹体俯仰角处于低头状态,利于攻击载机前下方敌方目标;在给定的初始分离条件下,对于两种不同的弹舱长深比,内埋导弹均能安全分离,但对内埋导弹俯仰方向运动影响较为显著;弹舱内武器剩余数量对内埋导弹分离特性影响较小,导弹能快速地远离载机干扰流场,投放分离后弹体俯仰角一直处于低头状态;随着内埋导弹初始分离速度增大,可使弹体快速地穿过载机的下洗流场,有利于内埋导弹与载机的安全分离;导弹的不同气动布局对内埋导弹分离相容性有一定的影响。     

球心非对称的钝圆头体近区绕流场气动特性分析研究

本文采用数值模拟对球心非对称的钝圆头体附近流场气动特性进行分析研究。数值求解三维可压缩NS方程，采用NND格式，以修正的Baldwin-Lomax代数模型对不同飞行状态进行数值模拟，分析了球心非对称钝圆头体对流场的影响，与部分试验比较结果满意。