弹体的空气动力特征计算

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1、第六章弹体的空气动力计算弹体表面摩擦阻力的计算，严格说必须考虑雷诺数、附面层特性、弹体的几何形状、表面状况、马赫数、以及气流与弹体表面间的热交换，但实际情况要同时考虑这些因素的影响是不可能的。而且由于对轴对称物体的附面层理论研究还不充分，所以目前求摩擦阻力系数时，基本上还是利用平面物体，特别是利用平板的研究结果。把弹体展成一“相等平板”来处理。所谓“相当平板”是这样一块平板，它的单面面积等于弹体实际受摩擦表面积Sf，其长度等于弹长LB，转捩点的位置xt与原弹体转捩点的位置相同。6.1摩擦阻力一、摩擦阻力“相当平板”所受的摩擦力Xfp为其中C

2、xfp是按照弹长LB为特征长度计算的Re数来算得的，Sf是弹体侧表面积。而弹体所受的摩擦力XfB与弹体摩阻系数CxfB之间按定义有关系式6.1摩擦阻力其中是弹体最大截面积。两者应相等，得其中，为形状修正系数。显然，它取决于弹体的长径比。和的关系曲线见图6-1。上式是近似的，由此算得的结果比实际要小一些。因为弹体与平板上的情况有所不同。弹体前部存在负的压强梯度，它使附面层变薄了。在较薄的附面层中空气速度沿法向由零变为V∞，梯度必然要大些，因此摩擦应力比平板要大一些。为此，对弹体的摩阻系数计算作一形状修正。6.1摩擦阻力6.1摩擦阻力当气流M增

3、大时，空气的可压缩性对附面层内的流动产生一定的影响。在层流附面层内，外层气流速度较高。通过粘性力对内层气流作用。致使内层空气微团温度升高，而且沿物面法线的速度分布规律也有显著变化。如图6-2所示。随着M∞增大，附面层厚度也显著增大。在高速下，附面层内速度分布的改变使法向速度梯度减小。从而使摩擦应力以及摩擦应力减小。对于层流平板与M∞的关系如图6-3。在M∞=0时，随M∞增大，下降。6.1摩擦阻力实验指出，在层流时，压缩性的修正量是不大的。当M∞不大于1.5时，甚至可以不予修正。在较大M∞数时，层流附面层压缩性影响的修正可按下式进行其中是层流

4、附面层未计及压缩性影响的平板摩阻系数。其中是紊流附面层未计及压缩性影响的平板摩阻系数。附面层为紊流状态时，压缩性影响远较层流状态严重。紊流附面层时压缩性影响的修正公式可按下式进行有时也采用在考虑了形状修正和压缩性修正后，弹体摩阻系数CxfB可改写为其中ηM可用经验公式求得。上式中的系数值0.12适用于雷诺数。随着Re∞数增大，此系数值有所增长，特别是当Re∞的数量级为108时，取0.18能给出更好的近似结果。6.1摩擦阻力二、关于平板摩擦系数Cxfp1.在低速及附面层全部为层流时，摩阻系数Cxfp为2.在低速及附面层全部为紊流时，摩阻系数C

5、xfp按ReL的大小分别为6.1摩擦阻力6.1摩擦阻力三、临界雷诺数Re*1、平板从层流转捩为紊流的临界雷诺数Re*为2、弹体临界雷诺数Re*取决于弹体表面粗糙度，弹体表面压强梯度、以及表面温度、气流紊流度等。一般情况下取当ReLRe*时，即LB>xt。说明整个弹体是混合附面层。弹体摩阻系数CxfB为当附面层全部是紊流时，弹体摩阻系数CxfB为对于高速的弹丸(尤其是旋转弹丸）的摩阻通常把附面层全部视为紊流状态。6.1摩擦阻力6.2底部阻力一、弹体底部形成负压

6、的物理原因亚音速气流绕流弹丸时，弹体表面附面层在尾端分离，使尾部气流分为两部分，外部流速较高的气流对于底部几乎是滞止的气体起着掺混和引射的作用，并把这些气体引射开，因为没有来自其它方面补充的空气流量，底部的气流变得稀薄起来，并在底部空间形成一个低压区。(一)亚音速下弹体的底部阻力实验指出：底部负压在很大程度上取决于弹体长度、相对底截面积和附面层状态，因而在计算底部压强与底部阻力时可以与摩擦阻力联系起来。为此引入相对于底截面积Sd的摩阻系数Cxfd，则其中Cxfp是相对于侧表面积的平板摩阻系数。6.2底部阻力亚音速弹体底部的压强系数的近似表达

7、式为再用CxfB来表示相当于弹体最大横截面积的摩阻系数，即则有底阻系数可以写为6.2底部阻力从上式可以看出，弹体摩阻系数CxfB的增长会引起底阻系数Cxd的减小。这一现象的物理本质是，CxfB增大时，在弹体底截面处的附面层要变厚。变厚的附面层就好象隔板一样，阻碍着外部高速气流的引射作用，因而在弹体后面的稀薄度就减小了，底阻系数也就变小了。(二)超音速下弹体的底部阻力超音速下底阻形成的原因要比亚音速时复杂。它不仅与外部气流的引射作用有关，而且与尾激波有关。超音速时，影响底部阻力的主要因素有：Re数、附面层特性、尾部外形、底部的热状态、有无喷流

8、、马赫数、迎角及飞行高度等。下面介绍一些对底阻有重要影响的实验曲线。6.2底部阻力1．Re数、附面层特性对Cxd的影响对不同形状的弹丸，Re数对底部压强系数的影响有不同的结果。如