弹丸空气动力学部分- 8弹体的空气动力特征计算

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1、弹体的空气动力计算8.1摩擦阻力一、摩擦阻力弹体表面摩擦阻力的计算,严格讲须考虑雷诺数、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，且由于对轴对称物体的附面层理论研究还不充分，为此目前摩擦阻力系数时，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。8.

2、1摩擦阻力“相当平板”所受的摩擦力Xfp为12XVSCfpfxfp2其中Cxfp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。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12XVSCfBmxfB22其中SDmm是弹体最大截面积。4两者应相等SSff1CC(2C)xfBxfpxfpSS2mm8.1摩擦阻力考虑到由于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∞，梯度增大，因此摩擦应力比平板

3、要大。为此，对弹体的摩阻系数计算作一形状修正。1SfCC(2)xfBxfp2Sm其中，为形状修正系数。显然1，它取决于弹体的长径比。和B的关B系曲线见图。8.1摩擦阻力气流M增大，空气可压缩性对附面层内的流动产生影响。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，且沿物面法线的速度分布规律也显著变化。如图1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。

4、对于层流平板CxfRe与M∞的关系如图2。在M∞=0时，CxfRe1.33随M∞增大，CxfRe下降。图１图２8.1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∞≤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[]Cxfp21/3(10.03M)Ml[]CxfpM0[]C其中xfpM0是层流附面层未计及压缩性影响的平板摩阻系数。8.1摩擦阻力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

5、按下式进行[]Cxfp21/2(10.12M)Mt[]CxfpM0[]C其中xfpM0是紊流附面层未计及压缩性影响的平板摩阻系数。上式中的系数值0.12适用于雷诺数6。随着Re数Re10∞增大，此系数值有所增加，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。有时也采用(10.2M2)0.467Mt8.1摩擦阻力在考虑形状修正和压缩性修正后，弹体摩阻系数CxfB可改写为1SfCC(2)xfBxfpM0M2Sm其中ηM可用经验公式求得

6、。8.1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1.328()CxfpM0ReL2.在低速及附面层全部为紊流时，摩阻系数Cxfp按ReL的大小分别为570.0742510Re10(C)LxfpM00.2ReL780.45510Re10(C)LxfpM02.58(logRe)L8100.032210Re10(C)LxfpM00.145ReL8.1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

7、Vxt5Re510*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0.03220.4670.03220.4671.32821

8、/3SlSfC(10.2M)(10.2M)(10.03M)xfB0.1450.1450.5ReLRe**ReSSfm当附面层全部是紊流时，弹体摩阻系数CxfB为0.032S20.467fCM(10.2)xfB0.145ReSLm对于高速旋转的弹丸(尤其是旋转弹丸）的摩阻通常把附面层全部视为紊流。8.2底部阻力一、弹体底部形成负压的物理原因(一)亚音速下弹体的底部阻力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，