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《弹簧变形的网格研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、更多试题导弹对气动效率的要求随着飞行阶段的不同而变化:在中制导阶段，为了实现对目标的快速跟踪，要求降低气动阻力以提高飞行速度;在末制导阶段，为了获得较人的机动过载,要求增加升力，提高可用过载。变弹翼导弹可实现弹翼在翼平血内的旋转，同时改变弹翼后掠角和弹翼外露而积的大小，导弹的气动效率随Z变化［1,2］。因此，变弹翼技术町以解决导弹在不同飞行阶段对气动性能要求不同的矛盾，近年来受到了国内外众多学者的重视,PascaldeMarmier和Noal各白研究了变弹翼伺服系统的设计方法，并基于风洞实验数据对其气动特性进行了分析［3,4］;张天翼等对变弹翼导弹的动
2、力学模型和控制方法进行了研究［5］。目前，国内外対变弹翼导弹流场的研究以风洞实验方法为主，但成本高、周期长，采用计算流体力学方法处理该问题成为必然趋势。变弹翼导弹流场为包含复杂运动边界的非定常流场:一方血；翼面以某种已知角速度规律进行刚性旋转;另一方面,翼而在旋转过程屮与弹身和交，外露翼面形状不断变化，发生非刚性变形，因此，发展高效可靠的动网格技术是在非结构网格框架下求解此类问题的关键。国内外发展的可靠性较高的网格变形方法主要有弹簧近似方法和弹性体方法［6］,弹性体方法的网格变形能力强R网格质量较高，但计算工作量大;弹簧近似方法则比较简单高效,但网格变
3、形能力较低，对较大网格变形问题的求解结果较差。本文基于弹费变形原理,即网格点相对■于静止边界和运动边界的位置关系保持不变，发展了一种新的简单的非结构动网格生成方法，大大提高了网格的变形能力，在保证网格冇效性的前提下,对存在非刚性变形的变弹翼导弹流场给出了较好的求解结果，是解决变弹翼此类具冇复杂运动边界，且网格变形较大的非定常流场的一种简单有效的方法。1导弹变弹翼方式变弹翼导弹的弹翼运动方式为:弹翼可同吋绕转轴往弹身内或往弹身外旋转。此种运动方式的特点是:弹翼往弹身内旋转时，在增大弹翼后掠角的同时减少了弹翼外露血积，导弹受到的气动阻力减小,可提高飞行速度
4、;弹翼往弹身外旋转时，在增大弹翼外露而积的同时减少了弹翼示掠角，这时导弹受到的升力增人，可提高导弹可用过载。木文研究的变弹翼方式如图1所示，转轴为过翼前缘与弹体的交点A垂直于翼平面的直线，在旋转小翼而与弹体相交部分发生变化，外露翼面积发生变化，同时翼平面与弹体交线长度发生变化，如图1所示。图1变弹翼方式弹翼在旋转过程中产生的Ax会对弹翼安装位置处弹体上的网格形成挤压或拉伸，这就要求在设计网格变形方法时，对弹体上的网格节点进行控制，以保证弹体上网格单元的有效性,避免网格扭曲过大甚至出现负体积。此吋，相当于弹翼和弹体均成为运动边界,动网格牛成控制算法将比较
5、复杂。考虑到木文研究对彖的弹翼旋转所产生的△x很小,对后缘后掠介的彩响不人，对气动性能的影响也很小，研究忽略了△x的影响，假设弹翼与弹体之间的相贯线保持不变，如图2所示,阴影部分的位置和形状保持不变。图2弹翼旋转简化处理2建立网格变形算法通过分析导弹变弹翼运动方式可知，变弹翼导弹流场存在着复杂的边界运动:刚性运动和非刚性变形同时存在。本文在三维非结构网格框架下，设计了一种新的网格变形算法，其思路是：1）遍历流域中的所有网格点，弹翼上的网格点根据弹翼旋转运动规律，基于弹簧变形原理计算其变形;2）静止边界（弹体和远场边界）上的网格点位置保持不变;3）内部网
6、格点设定变形网格窗口，对窗口内的网格点采用基于弹费变形原理推导的算法进行控制，对于窗口Z外的网格点不进行处理。以下分别给出弹翼上网格点和流场内部网格点的变形控制算法的推导方法。2.1弹翼上网格点变形算法由于弹翼运动以翼平面的垂线为旋转轴，弹翼运动关丁•翼平面对称。因此，弹翼上任意网格节点的变形控制可采取以下思路:首先，将其投影到翼平面上,将三维非结构动网格问题转化为平面上的非结构动网格问题进行研究;然麻结合弹翼运动规律，根据二维弹赞变形原理，即以网格点与静止边界和运动边界的相对位置关系保持不变作为约束条件，推导了平而上网格点的变形控制算法;最后，将平面
7、上变形后的网格节点反投影回原网格点所在平而。1)网格点投影到翼平面弹翼上任意网格节点P投影到翼平面Ok上的投影点P，的投影关系如图3所示。2)投影点在翼平而上的变形控制结合弹翼旋转运动规律和网格节点P在整片弹翼上的相对位置关系不变确定投影点P'变形后的位置，以下给出控制算法的简要推导过程。弹翼旋转角速度为5当前时间为t,采样时间步长为T,初始前缘后掠角为xOo则当前时刻后掠角为以上算法将弹翼运动规律和弹簧变形原理相结合，一方面保持了弹翼上非结构网格的拓扑结构，另一方面人人增强了网格变形能力。2.2内部网格点变形算法内部网格点的变形同样以弹簧变形原理为基
8、础，通过控制网格的压缩(拉伸)实现网格冇效变形,但由于整个计算流域包含百万计的网格点，对每一个
