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《内埋式弹舱舱门气动载荷计算分析研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第37卷第3期航空计算技术Vo.l37No.32007年5月AeronauticalComputingTechniqueMay.2007内埋式弹舱舱门气动载荷计算分析研究史爱明,叶正寅,杨永年(西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室,陕西西安710072)摘要: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8b和45b时
2、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。关键词:欧拉方程;有限体积法;非结构网格;内埋式弹舱中图分类号:V212.2文献标识码:A文章编号:1671O654X(2007)03O0005O02引言1非结构网格的生成随着先进机载武器的出现和对飞行器简洁气动外本文生成非结构网格的方法为生成效率较高的形的设计要求。当代战斗机的武器设备系统已经由原来的外挂式变为内埋式。因此,在战斗机空战时和轰Delaunay方法。所生成的轰
3、炸机半模内埋式弹舱舱盖打开时的物体表面网格见图1。炸机投弹时就必须打开内埋式弹舱来进行武器发射和投弹。由于内埋式弹舱在打开时引起了流场的复杂变化。随着流场的复杂变化必然导致整个飞行器气动力特性的变化,这严重影响武器的发射。尤其是内埋式弹舱舱盖内外表面的压力产生急剧变化。舱盖内外表面压力的变化又会对内埋式弹舱系统产生影响。飞行图1轰炸机半模内埋式弹舱舱盖打开时的表面网格器设计时,必须准确计算弹舱舱盖载荷以保证内埋式弹舱机构系统具有足够的结构强度。弹舱舱盖载荷的2欧拉方程求解计算目前尚无可用的实现方
4、法,因此对内埋式弹舱打本文求解的是描述无粘流体运动规律的欧拉方开时的复杂流场进行研究计算具有较强的工程应用价程。值。2.1控制方程本文在采用Delaunay方法生成某轰炸机半模内本文解算器求解的是三维非定常可压缩欧拉方埋式弹舱的非结构网格的基础上,采用中心有限体积程,方程在直角坐标中的积分守恒形式为:法进行空间离散和四阶Runge)Kutta显式推进方法9QdV+kF(Q)#ndS=0(1)进行时间推进的非定常欧拉方程求解器数值求解了内9tm898埋式轰炸机弹舱的复杂流场;给出了内埋式轰炸机弹式
5、中Q表示守恒变量矢量,F(Q)表示通量矢量,其具舱舱盖在分别打开8b和45b时的流场数值模拟状态。体计算公式参见文献[2]。并通过对上述复杂流场状态的分析,发现作用于舱门2.2空间离散的气动载荷具有使内埋式弹舱舱门趋向于关闭的特采用中心格式的有限体积法对上述欧拉方程进行性,且此作用于内埋式弹舱舱门的气动载荷有随打开空间离散。其离散后的形式为:角度的增大而减小的趋势。d(QiVi)+Ci=0(2)dt收稿日期:2007O01O08修订日期:2007O05O15基金项目:国家自然科学基金重点项目(1
6、0432040);航天科技创新基金重点项目(CASC0111);中国博士后基金(20060401013);航空科学基金(04A53006)作者简介:史爱明(1977O),男,黑龙江嫩江人,博士,从事计算流体力学和流固耦合力学研究。#6#航空计算技术第37卷第3期式中,Vi是网格单元的体积,Qi是该网格单元内各守弹舱舱门打开8b时,在轰炸机机身下方0.13处,舱门恒变量的中心值,Ci为该网格单元通量项。为避免中上内外压力系数曲线(见图4);以及弹舱舱门打开45b心格式的奇偶失联和激波附近的振荡,需
7、要引入人工时,在轰炸机机身下方0.135处,舱盖上内外压力系数粘性项,(2)式因此成为:曲线(见图5)。通过图4和图5的压力曲线可以看d出:内埋式弹舱舱门外壁表面压力大于内壁表面压力,(QiVi)+Ci-Di=0(3)dt其导致的最终结果是作用于舱门的气动载荷必然存在这里Di为人工粘性项,其构成取自文献[2]的方法。有使内埋式弹舱舱门关闭的趋势,其关闭气动载荷量2.3时间推进的大小与舱门打开角度和舱门的机构运动形式有关。dQi同时对比图4和图5的两个压力系数曲线,可以大致空间离散后得到的方程(3
8、)可以简化为=Ri,dt得出:随着舱门打开角度的增大,舱门表面内外压差有Ci-Di其中Ri=-。因此方程(3)是一个关于时间的减小的趋势。Vi常微分方程。本文的解算器采用四步Runge)Kutta显式推进方法对该方程进行时间推进求解。此外,在时间推进过程中还引入了当地时间步长、隐式残值光顺技术来加速收敛。3流场模拟结果和分析在来流马赫数为0.6,来流迎角为3b的情况下,本文分别对内埋式轰炸机弹舱舱盖在打开8b和45b两种情况进行了数值模拟。在计算弹舱舱盖打开8b时,用图4舱盖打开8b时的压力系数
