導(dǎo)彈氣動特性快速估算修正方法研究

李欣

摘 要：該文對導(dǎo)彈氣動特性快速估算軟件Datcom的計算缺陷進(jìn)行修正。結(jié)合某無翼式導(dǎo)彈的風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，利用國內(nèi)經(jīng)典的氣動特性快速估算資料，以無翼式布局為例，針對Datcom軟件法向力和壓心的計算缺陷進(jìn)行修正，有效提高其計算精度，提出針對該類氣動布局的修正方法。計算結(jié)果表明，該文提出的修正方法行之有效，修正后的計算結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果較為吻合。

關(guān)鍵詞：氣動特性；快速估算；Datcom

中圖分類號：TJ760 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

工程算法能夠借助解析表達(dá)式，快速估算氣動特性。如果能夠借助或者參考風(fēng)洞試驗和CFD數(shù)據(jù)，對其中的重要參數(shù)進(jìn)行修正，提高其計算精度，使之達(dá)到或接近工程應(yīng)用的要求，便可大量節(jié)省試驗成本，縮短研制周期。同時與CFD計算相比，工程算法簡易便捷，可作為導(dǎo)彈總體多學(xué)科優(yōu)化的氣動學(xué)科代理模型。目前，對導(dǎo)彈氣動特性進(jìn)行計算，最常用的方法是使用快速估算軟件Missle Datcom。Datcom軟件是美國NASA通過大量的風(fēng)洞試驗，對導(dǎo)彈頭部、彈身、彈翼、舵面等各個部件的氣動特性，以及部件之間的耦合因子進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)而得到的導(dǎo)彈氣動特性快速計算程序，氣動特性快速計算的主要參數(shù)主要通過插值擬合來獲取。Datcom軟件是目前通用的氣動特性快速計算軟件，可在氣動外形方案論證階段對外形進(jìn)行快速的優(yōu)化設(shè)計，但大量實(shí)踐經(jīng)驗表明，Datcom的計算仍存在缺陷，而且針對不同的布局還不一樣，因此對該軟件的計算數(shù)據(jù)進(jìn)行“去粗取精”，獲得準(zhǔn)確的結(jié)果以此來指導(dǎo)實(shí)踐十分重要。

該文以無翼式布局導(dǎo)彈全彈法向力和壓心計算為例，分析氣動快速估算軟件Datcom對該類氣動布局的計算缺陷，歸納其產(chǎn)生該種缺陷的原因，借助經(jīng)典氣動特性工程估算《箭彈空氣動力特性分析與計算》（以下簡稱《箭彈》）中的氣動參數(shù)數(shù)據(jù)，建立針對該類布局的計算修正方法，對Datcom中的氣動參數(shù)進(jìn)行修正，提高其計算精度，使之與風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)吻合。

1 Datcom計算缺陷

1.1 Datcom計算缺陷原因分析

通過與《箭彈》相關(guān)數(shù)據(jù)對比，可分析出針對無翼式布局，Datcom的4條計算缺陷。

（1）在大攻角、低馬赫區(qū)域，Datcom計算的壓心系數(shù)明顯偏大。與《箭彈》相比。在低馬赫區(qū)，Datcom的頭部壓心系數(shù)很大，而《箭彈》中的系數(shù)很小，在大攻角、低馬赫段，如果用《箭彈》的頭部壓心數(shù)據(jù)將其替換，就可以使Datcom在低馬赫壓心系數(shù)降低。

（2）在跨聲速段，Datcom計算的全彈壓心、法向力都偏大。在跨聲速段，與《箭彈》相比，Datcom的舵面法向力偏大，可用《箭彈》的數(shù)據(jù)將其替換，就可以同時降低法向力和壓心。

（3）在小攻角、高馬赫區(qū)，Datcom計算的壓心系數(shù)偏大，法向力偏小。（如圖1所示，圖中α為攻角，Ma為導(dǎo)彈飛行馬赫數(shù)）在高馬赫區(qū)，《箭彈》中的頭部法向力系數(shù)明顯比要Datcom中要大，使用《箭彈》中的數(shù)據(jù)與其進(jìn)行互補(bǔ)，可以有效在小攻角、高馬赫段解決法向力偏小，壓心系數(shù)偏大的問題。

（4）在大攻角、高馬赫區(qū)，Datcom計算的壓心系數(shù)偏小，法向力偏小。Datcom的翼身干擾因子數(shù)據(jù)，在高馬赫大攻角段比《箭彈》中偏小，尤其翼身干擾因子KW（B）隨馬赫數(shù)增加下降很明顯。如果用《箭彈》中的數(shù)據(jù)將其替換，就可以同時增大法向力和壓心系數(shù)。

2.2 Datcom計算缺陷修正方法

上文在闡述計算缺陷的同時，也闡述了修正方法的依據(jù)，下面要介紹具體實(shí)施的過程。

（1）編寫文件讀取程序?qū)atcom后處理文件中的所需參數(shù)讀取出來。

（2）利用《箭彈》中的數(shù)據(jù)，對Datcom中需要修正的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，按照《箭彈》中的公式重新計算法向力和壓心。

依據(jù)之前分析的無翼式布局的計算缺陷，經(jīng)過試探，大概制定了修正方案。

（1）在Ma<1.3并且α>22°，Ma≥4并且10°<α<20°這2個區(qū)域，用《箭彈》的頭部壓心數(shù)據(jù)；

（2）在Ma>2 并且 α<5°這個區(qū)域，采用《箭彈》中的頭部法向力數(shù)據(jù)，用下式計算；

CBN1=CBN+0.8（CBNT-CBN） （1）

其中，CBN1為修正后的頭部法向力數(shù)據(jù)，CBN為Datcom的頭部法向力數(shù)據(jù)，CBNT為《箭彈》中的頭部法向力數(shù)據(jù)；

（3）在1

（4）在Ma*sin（α）>1這個區(qū)域，采用《箭彈》中的翼身干擾因子數(shù)據(jù)。

3 修正結(jié)果

經(jīng)上述方法修正后，Datcom的計算精度可得到明顯提高，如圖2所示。圖中“—*—”為修正前的Datcom的計算值，“— —”是基于以上所提方案修正后的值。

從圖2可以看出，針對該無翼式導(dǎo)彈氣動外形，采取提出修正方法后，壓心精度有了很明顯的提高。

4 結(jié)論

該文提出的修正方法，可有效修正Datcom對于無翼式布局導(dǎo)彈法向力和壓心的計算缺陷，修正方法的關(guān)鍵，在于歸納出Datcom對同一類氣動布局的計算缺陷，以及產(chǎn)生缺陷的原因，再利用《箭彈》的數(shù)據(jù)對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行修正。筆者也歸納過正常布局的Datcom計算缺陷，同樣存在一致性，可利用《箭彈》的數(shù)據(jù)來修正。

參考文獻(xiàn)

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