基于数字仿真的再入飞行器滚转异常边界条件研究

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1、第18卷　第1期1997年1月　　JOURNALOFASROONAUTICSJan.1997基于数字仿真的再入飞行器滚转异常边界条件研究南　英(北京航空航天大学·100083)陈士橹　严　辉(西北工业大学·西安·710072)　　摘　要　提出了一种基于数字仿真的再入弹头滚转异常边界条件的确定方法。即:首先给出可精确描述考虑各种气动力(矩)系数、各种干扰源作用时的六自由度运动方程。针对各种干扰源及其组合作用,对某弹头的滚转异常现象作了大量的数字仿真。文中采用一种拟合方法,妥善处理了这些仿真结果,拟合

2、出该弹头滚转异常边界条件的近似解析式。关键词　再入飞行器　滚转异常　边界条件UNUSUALROLLINGBOUNDARYCONDITIONOFREENTRYVELICLESBASEDONNUMERICALSIMULATIONNanYing(BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics)ChenShiluYanHui(NorthwesternPolytechnicalUniversity)AbstractAmonthedispresentedtodete

3、rminetheunusualrollingboundaryconditionofareentryvehiclebasedonthenumericalsimulation1Asixfreedomequationsofmotionaregiventoexactlyconsidermanykindsofdisturbancesandallkindsofaerodynamiccoefficients1Alotofnumericalsimulationshavebeendonefortheunusualr

4、ollingofareentryvehicleconsideringthedisturbances1Thepaperstadiedanumericalmethodtodealwiththelargeamountnumericalre2sultsandobtainedanapproximateanalyticalformulatocalculatetheunusualrollingboundaryconditionofthereentryvehicle1KeywordsReentryvehicleU

5、nusualrollingBoundarycondition本文于1994年9月26日收到宇　航　学　报Vol.18No.1第1期南英等:基于数字仿真的再入飞行器滚转异常边界条件研究　　　　　　　　　　191　引言再入弹头的滚转异常包括滚转共振与滚速过零。滚转共振的后果是造成攻角与横向力增大,导致飞行器结构遭到破坏。这方面的例子有:1960年英国BK2g再入时由于飞行器防热层烧蚀引起飞行不稳定。1966年美国的MK212装在民兵Ê上进行飞行试验时遇到烧蚀引起的滚转异常,使飞行器遇到破坏。MK23研

6、制中也遇到了自旋问题。1975年美国的MK24在宇宙神民兵导弹上进行飞行试验时遇到了配平攻角增加而使横向截荷增大导致的飞行试验失败。滚速过零则引起再入散布增大。工程技术人员都希望避免再入弹头的滚转异常问题,因此希望准确地获得再入弹头发生滚转异常的边界条件。有二种方法可以求得该边界条件,其一是通过精确的六自由度弹道方程的大量数值仿真来确定,其二是采用近似的边界条件关系式来确定。显然,前者更适应于弹头工程型号的精确设计阶段。但是如何事后处理这些大量的数字仿真结果,使得设计人员可以很方便地确定再入弹头滚

7、转异常的边界条件,是弹头设计中的重要问题。本文将系统地给出作者提出的解决该问题的方法。2　弹头再入飞行的运动方程无动力弹头再入飞行的运动方程为:aCxqSV=--gsinC(1)maCyqSCzqSsinRVgV=-+(-)cosC(2)mVmVrVa1WV=-(CySsinR+CzqScosR)+Vtg5scosCcosWVör(3)mVcosCah=VsinC(4)aU=VcosCcosWVör(5)aK=-VcosCcosWVö(rcosUs)(6)r=R+h(7)qXx2A(IaCl0qS

8、lmxqSlCy1qSB$yAqSx-Iy)Xx1=+Xx1++CyA$Z-Xy1Xz1IxIxVIxIxIxIxyaIyz22Ixza+(Xy1-Xx1Xz1)+(Xy1-Xz1)+(Xz1+Xx1Xy1)(8)IxIxIxBXyAaMyBMyXy1Cm0qSlCx1qSCyqSIx-IzXy1=+++$Z-$VB-Xx1Xz1IyIyIyIyIyIyIxya+(Xz1-Xx1Xy1)(9)IyMAMXzCAazAzXz1n0qSlCx1qSCy1qSIy-IxXz1=++-$y