水下垂直发射航行体空泡流动研究

水下垂直发射航行体是工程研制的重要对象之一,水下垂直发射技术是航行体研究的核心与关键。动基座发射与跨介质飞行是水下垂直发射的两个突出特点,特别是在一定条件下出现的空泡现象使得水下垂直发射物理现象异常复杂。鉴于此,系统梳理了水下垂直发射需要关注的问题,介绍了水下垂直发射航行体空泡流研究的主要技术途径和研究手段,探讨了未来的主要发展趋势。     

水下航行体齐射出筒“水锤”特性分析

水下航行体齐射出筒过程后,由于外部流体冲击发射筒底部产生“水锤”现象,对发射平台结构具有较强的破坏作用。基于雷诺时均Navier-Stokes方程,采用SST k-ω湍流模型和VOF多相流模型,结合重叠网格技术,在考虑航行体六自由度运动的情况下建立了适用于计算水下航行体齐射的数值计算方法,分析了齐射状态下“水锤”效应对首次发射筒的作用规律,并研究发射顺序对“水锤”效应的影响。结果表明：航行体出筒后筒内压力出现周期性振荡;次发筒口气团膨胀导致首发筒内压力升高;首发航行体在次发筒口形成压力峰值,并引起次发筒口压力振荡;逆序发射工况下次发筒口气团偏移至首发筒引起首发筒内压力升高。     

水下航行体空泡发展及出水溃灭特性实验研究

针对水下航行体出水过程中的空泡发展及溃灭特性问题,基于新型实验平台,即减压水下航行体运动平台,进行了垂直约束式发射实验,探究了傅汝德数和空化数对空泡发展和溃灭过程的影响。对空泡出水溃灭过程进行描述,并定义了空泡溃灭数Fc,用以衡量空泡溃灭速度。结果表明,傅汝德数主要影响空泡形状,空化数主要影响空泡的尺寸。此外,水下航行体出水时空泡溃灭向下推进速度与傅汝德数呈负相关关系,与空化数呈正相关关系。     

水下航行体减阻技术综述

空/水跨介质飞行器经空中飞抵目标水域后高速入水,对目标实施快速打击,具有隐蔽性好、突防能力强等特点。但在水下航行中,固/液界面阻力及绕流流场变化等问题严重影响了航行速度与稳定性。减小航行体表面阻力干扰、流场优化是保障水下高速稳定航行的关键。旨在探讨适用于水下高速航行体的表面减阻与流场优化方法,对表面微结构减阻、超疏水表面减阻、超空泡减阻和微气泡减阻4种最具代表性的固/液界面减阻技术进行论述,分析各种减阻技术的机理与应用可行性,探讨适用于水下高速航行体的减阻技术发展方向。     

超空泡航行体流体动力数值研究

超空泡技术作为水中航行体增速减阻的重要手段已经成为了共识。超空泡航行体作为目前最具有应用前景的水下航行体,对其流体动力变化规律的研究具有重要的意义。基于有限体积方法,结合N-S方程与空化模型,建立了超空泡航行体自由运动的非定常流场求解数值模拟方法。通过对非定常超空泡流场计算结果的分析,对航行体的流体动力进行分解和建模。结合相关理论分析,确定了超空泡航行体流体动力公式。研究表明,尾拍力与空泡壁面形状、航行速度及尾部沾湿面积等密切相关。     

机载自卫干扰系统干扰效果的一种定量评定方法

欺骗式干扰是一种以假乱真的雷达对抗技术 ,它对干扰信号的功率要求很低 ,所以在战斗机上装备的自卫式干扰设备中广泛使用。目前 ,对欺骗式干扰技术的干扰效果评估没有一种简单易行的方法。将雷达和与此雷达相关的武器系统作为一个整体来考虑 ,将干扰的作用划分为导弹发射条件的影响和对单枚导弹命中概率的影响两部分 ,提出了干扰有效度的概念 ,用突防过程中地空导弹的允许发射时间的降低量来评估干扰效果 ,对干扰效果给出了一个量化的结论     

烧蚀热响应计算中的不确定性传播分析方法研究

发展了基于代理模型的不确定度量化方法，以少量确定性模拟结果为样本，通过代理模型来构建目标变量和不确定性输入参数的响应关系，以此来分析目标变量的不确定性信息，包括均值、标准差、概率密度分布等统计信息以及各个输入参数对目标变量的敏感性大小。本文以烧蚀热响应计算为例，通过分析材料物性参数的不确定性对烧蚀热响应预测的影响，表明该方法具有准确度高、效率高的特点，为工程中的高维不确定度量化问题提供了很好的解决思路。     

《宇航总体技术》将发布深远海与水下航行体技术专刊

正当前,航天与海洋两大重点领域不断交叉融合,促进了深远海与水下航行体技术的蓬勃发展,围绕深远海探索与利用的研究正逐步深入,水下航行体新原理、新方法研究的迫切性凸显。《宇航总体技术》2017年第4期拟推出"深远海与水下航行体技术专刊",以水下航行体的技术发展为主题,刊登业内知名专家、学者研究成果,为专业技术人员提供参考借鉴。敬请关注!     

导弹水下热发射出筒过程流动特性

研究了导弹水下热发射出筒过程的流动特性.采用基于多相流Mixture模型的有限体积法求解RANS方程,考虑了流体的可压缩性、粘性、重力作用、气-水掺混效应和能量交换等各项因素,运用自编UDF模块结合动网格技术,对导弹水下发射出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟.计算结果揭示了导弹水下热发射出筒过程中发动机喷管、发射筒内和...     

水下发射航行体出水过程瞬态响应的谱分析方法

水下航行体在穿越水面时,受到移动式空泡溃灭压力作用,激起结构较大瞬态响应,因此其出水问题是工程设计的关注焦点。针对移动载荷作用下的水下航行体的瞬态响应问题,提出了基于冲击响应谱的谱分析方法,对于多模态下的综合方法进行了研究和比较,并对航行体出水动态响应进行了分析。采用本文方法可以在频域中迅速地获得结构动态响应解,并与时域解具有较好的一致性,且可以考虑外力随机分布下的动态响应,具有较好的适应性。     

跨介质航行器波浪环境入水流场演变和运动特性研究

跨介质航行器是一种既可以在空中飞行又可以在水下潜航的新概念航行器,基于仿生学原理,提出一种通过改变外形实现水空介质跨越的航行器模型,通过入水试验装置和计算流体动力学方法,对航行器带攻角从空气到水的介质跨越过程进行了试验和数值仿真研究,得到了跨介质入水过程航行器的运动姿态和入水空泡形态,并通过数值仿真得到了航行器的升力、阻力、速度和加速度演化规律。同时基于数值模拟方法对有波浪情况和静水情况下航行器入水过程空泡演变以及运动特性进行对比。结果表明:提出的航行器构型在水中具有较好的姿态调整能力,波浪的有无和波高的不同都会对航行体入水运动特性造成影响。     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

基于Fluent计算的火箭离轨姿态运动仿真与分析

在航天器姿态运动分析中常遇到液体的流动、晃动及流/固耦合等问题,针对这类问题建立精确的数学模型是很困难的,通常需要利用数值计算和仿真手段进行分析。利用用户互动功能(UDF),引入自定义的变量源函数,应用Fluent对运载火箭离轨姿态控制进行剩余燃料的流场数据分析。通过在流体运动方程中加入相关的牵连运动,得到在轨运行状态下贮箱内剩余液体的运动参数和对贮箱的干扰力矩,为运载火箭系统的姿态运动分析和仿真提供运算参数,使得流场的变化与运载火箭的姿态运动相关联,分析各个时刻流场运动状态对箭体姿态的影响。     

空中发射技术特点的量化分析

近几年,随着小卫星市场的蓬勃发展,小型卫星发射市场持续升温,以飞马座XL和运载器一号火箭为代表的空射火箭完成多次发射任务,将数十颗卫星送入近地轨道。空射运载火箭具备快速响应、机动灵活、发射成本低、任务适应性强等技术特点。运载火箭从空中发射可以充分利用载机的飞行高度和飞行速度,在相同的系统运载能力下,火箭的起飞质量更小;在相同的火箭起飞质量下,系统运载能力更高;同时,对于规模星座快速部署,空中发射的灵活优势显著。围绕空射火箭的上述技术特点,基于空射火箭模型开展仿真分析研究及不同发射方式的结果对比,结果表明空射方式对提升系统效益效果显著。     

基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法

为实现飞行器分离任务可靠性的定量分析和高效精确评估,研究了高超声速飞行器分离任务过程中各种不确定性因素对分离可靠性的影响,提出一种基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法。面向高超声速飞行器分离任务需求,建立分离动力学仿真模型,综合考虑分离过程不确定性因素的影响,利用灵敏度分析方法识别主要不确定性因素,构建分离可靠性模型。针对此模型,提出一种改进主动学习Kriging(IAK)的分离可靠性分析方法,通过新的采样策略选取失效概率更大的采样点作为新增训练点,进行高效可靠性分析。实例结果表明,该方法能够准确描述不确定性因素对分离过程的影响,提升分离可靠性定量分析的精度和效率,为飞行器分离方案的精细化设计提供支撑。     

变化风场下近空间飞行器机体/发动机一体化飞行力学建模与分析

近空间飞行器飞行包络大、环境变化复杂、参数变化激烈,对其开展飞行控制技术研究工作的首要问题是对此复杂系统基本物理规律准确把握和描述,并依此建立其机理运动模型。针对机体/发动机一体化设计的近空间飞行器,系统地进行了飞行力学分析,并推导了变化风场下近空间飞行器在高超声速条件下的完整的6-自由度12-状态的动力学方程和运动学方程,体现出变化风场的影响和推力矢量的作用。随后,对其在不同条件下的开环控制特性进行了仿真研究,直观表现了系统的快时变、强耦合、强非线性和不确定性等特点。所得结果可用于未来高超声速飞行器轨迹管理、飞行控制等问题的概念设计和仿真研究。     

再入航天器轨迹机动控制研究

为了有效控制再人航天器的轨迹机动运动，提出了一个新的轨迹控制方法，首先建立了轨迹复合控制系统的数学模型，其次针对航天器轨迹控制系统的不确定性，基于变结构控制理论设计了轨迹机动控制律，在分析气动操纵面和侧向推力器输出特性的基础上，设计了推力器的控制方法，以获得与控制律输出量相同的控制效果，最后设计了气动力与侧向推力的复合控制规律。仿真结果表明，该控制方法能够有效地实现再入航天器的精确轨迹机动，且具有较强的鲁棒稳定性。     

减速板故障下的RLV末端区域能量管理算法设计

针对可重复使用运载器(RLV)在末端区域能量管理阶段可能存在减速板故障而无法精确控制速度大小,导致无法稳定到达着陆窗口的问题,提出一种考虑减速板故障下的在线RLV末端区域能量管理算法。首先给出减速板卡死故障下的飞行器运动模型,并分析其对飞行器运动产生的影响。然后,在能量走廊内设计纵向标称轨迹,结合飞行能力,设计有限时间轨迹跟踪控制器跟踪地面侧向几何轨迹。最后,分析动压剖面与飞行距离之间的关系,提出减速板卡死故障下的在线修正动压剖面算法,将传统的动压剖面四参数求解简化为单参数更新问题,避免动压剖面的迭代,简化计算流程。仿真结果表明,所设计的算法在减速板故障且存在气动不确定性时,能够顺利到达自主着陆窗口,具有鲁棒性。     

基于意图推断的高超声速滑翔目标贝叶斯轨迹预测

为解决高超声速滑翔目标机动给探测防御造成的困难,研究基于意图推断的贝叶斯轨迹预测方法。首先对目标进行动力学建模,利用气动参数设计机动模式集。假定高超声速滑翔目标必定攻击某目标,结合飞行意图合理构造意图代价函数,借鉴贝叶斯理论迭代推导机动模式和运动状态递推公式。通过蒙特卡洛采样实现轨迹预测算法。仿真结果表明,算法能有效提高目标机动不确定条件下轨迹预测的精度,当多目标可能被打击时,通过对预测轨迹进行在线重新规划,降低目标误判给轨迹预测造成的不利影响。