導(dǎo)彈飛行攻角付出動(dòng)態(tài)過程數(shù)值模擬

丁鍇

摘要：本文采用滑移網(wǎng)格方法，模擬了導(dǎo)彈飛行時(shí)舵偏做動(dòng)的非定常過程。通過非定常過程的模擬計(jì)算，得到了導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)過程的氣動(dòng)特性變化，相較于傳統(tǒng)方法，非定常模擬計(jì)算更加接近導(dǎo)彈飛行時(shí)的真實(shí)情況，并且能夠通過仿真手段得到導(dǎo)彈動(dòng)導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)網(wǎng)格技術(shù);導(dǎo)彈飛行;數(shù)值模擬

引言

導(dǎo)彈的飛行過程中，會(huì)通過轉(zhuǎn)動(dòng)舵面，產(chǎn)生附加空氣動(dòng)力，使導(dǎo)彈產(chǎn)生機(jī)動(dòng)從而達(dá)到擊傷目標(biāo)的目的，因此，計(jì)算機(jī)動(dòng)過程中導(dǎo)彈的瞬時(shí)流場(chǎng)具有重要的意義。目前在導(dǎo)彈氣動(dòng)外形研制中的數(shù)值模擬多以常規(guī)的CFD 方法對(duì)特定狀態(tài)下導(dǎo)彈的氣動(dòng)力進(jìn)行定常模擬分析，這種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間短并且計(jì)算結(jié)果相對(duì)較為精確，但是定常模擬的方法不能模擬計(jì)算導(dǎo)彈的飛行狀態(tài)，并且也不能計(jì)算導(dǎo)彈的動(dòng)導(dǎo)數(shù)信息，因此通過動(dòng)網(wǎng)格方法對(duì)導(dǎo)彈的非定常氣動(dòng)特性進(jìn)行計(jì)算，是對(duì)當(dāng)前計(jì)算方法的一個(gè)有益補(bǔ)充和進(jìn)步。

研究?jī)?nèi)容

為了準(zhǔn)確便捷的對(duì)導(dǎo)彈彈道飛行過程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，計(jì)算中采用了軸對(duì)稱導(dǎo)彈模型，采用FLUENT 對(duì)導(dǎo)彈舵偏為0度，攻角以6度 / 秒的速率進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，馬赫數(shù) Ma 為3.01的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。

在計(jì)算開始時(shí)使用定常計(jì)算方法計(jì)算馬赫數(shù)3.01下0度攻角狀態(tài)的導(dǎo)彈氣動(dòng)力，待計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定后再載入控制網(wǎng)格轉(zhuǎn)動(dòng)的 UDF 程序，設(shè)置網(wǎng)格轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為6度 / 秒，計(jì)算步長(zhǎng)1000步 / 秒，在每計(jì)算1000步后保存計(jì)算結(jié)果，計(jì)算5000步后停止計(jì)算，計(jì)算導(dǎo)彈攻角從0°～30°變化的非定常過程。圖2給出了 Ma=3.01時(shí)，不同攻角下流場(chǎng)垂直于 z 軸的中心對(duì)稱面壓力云圖，迎風(fēng)面、背風(fēng)面壓力云圖流線圖。

隨著時(shí)間的變化，導(dǎo)彈攻角越來越大，在同一馬赫數(shù)下導(dǎo)彈彈身上的壓力分布也隨之變化，并且壓力分布變化符合氣動(dòng)規(guī)律，滑移網(wǎng)格在計(jì)算導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)攻角氣動(dòng)力變化上是可行的。

通過對(duì)比導(dǎo)彈計(jì)算數(shù)據(jù)和風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以大致得出滑移網(wǎng)格方法的精確度，對(duì)比分析結(jié)果如圖3所示：

從圖3可以看出，F(xiàn)LUENT 計(jì)算數(shù)據(jù)與風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)相似度較高，證明了此計(jì)算方法可行。3.01馬赫數(shù)下兩者符合較好，只是在大攻角時(shí)有一定差距。由于 FLUENT 計(jì)算數(shù)據(jù)在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)也就是0.001s 就有一個(gè)數(shù)據(jù)，所以相較與風(fēng)洞試驗(yàn)，F(xiàn)LUENT 計(jì)算數(shù)據(jù)很容易能夠取得動(dòng)導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)，并且得到的數(shù)據(jù)相較于傳統(tǒng)的工程算法得到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

結(jié)論

本文利用 FLUENT 對(duì)導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)飛行過程進(jìn)行了模擬計(jì)算，從結(jié)果來看，動(dòng)網(wǎng)格方法可以有效的計(jì)算導(dǎo)彈的氣動(dòng)力數(shù)據(jù)，對(duì)導(dǎo)彈在動(dòng)態(tài)過程中的氣動(dòng)力變化與響應(yīng)做出有效的模擬。