小迎角高超声速非旋转钝锥非线性运动分析

《小迎角高超声速非旋转钝锥非线性运动分析》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、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252016V01．37No．51454-1461ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．CnDOI：10．7527／S1000—6893．2015．0227小迎角高超声速非旋转钝锥非线性运动分析蒋增辉*，宋威，陈农中国航天空气动力技术研究院，北京100074摘要：采用分段拟合技术对小迎角高超声速(马赫数Ma一6)非旋转钝锥双平面拍摄风洞自由飞试验结果进行了分析

2、，获得了非旋转钝锥在小迎角高超声速下气动导数非线性的具体形式，分析了非旋转钝锥在小迎角下的非线性运动特点。研究发现在小迎角范围内钝锥的动导数系数均呈现明显的非线性，而静导数系数非线性较弱，可近似为线性。各组试验的静、动导数系数的非线性形式表明，除模型Ⅱ外的其余模型均为两方向振幅不同的极限圆锥运动，模型Ⅱ为极限平面运动。每组试验两个平面的静导数系数在小迎角范围内保持基本相等。而无论出现极限圆锥运动的四组试验还是出现极限平面运动的一组试验，模型在俯仰和偏航两个方向的动导数系数均存在较大差异。关键词：非线性运动；气动导数；小迎角

3、；高超声速；极限圆锥运动；极限平面运动中图分类号：V211．7；V212．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)05—1454—08由于弹箭飞行中出现的一些非线性运动现象对飞行器的性能存在较大影响[1{]，因此对弹箭非线性运动问题的研究引起了国内外学者的广泛关注[3{]。与线性运动相比，弹箭的非线性运动主要是由气动力非线性和几何非线性产生的[6]，气动力非线性问题主要表现在不能忽略气动力和力矩表达式中某些高阶项，气动力响应已经不是简谐函数[7书]。由于在大迎角情况下非线性效应尤其显著[9]，因此以往对飞行

4、器非线性运动的研究多关注于大迎角情况下的非线性运动[10。”]，而在小迎角下则认为近似线性运动[13

5、，以线性运动理论来描述飞行器的运动。但Walehner在文献[14]中指出，美国ARL(AerospaceResearchLaboratory)实验室早期的内部工作中即发现作非平面运动的旋转钝锥在只有锥角几分之一的小迎角高超声速(马赫数Ma一5)情况下即表现出强烈的非线性气动力。文献E153在已开展的小迎角高超声速(地一6)非旋转钝锥双平面拍摄风洞自由飞试验中也发现，虽然初始状态只预置小迎角(2。或3。)而无侧滑角，但钝锥

6、模型全部出现了小于10。的小振幅圆锥摆动，且在观察窗范围内侧滑角幅值均大于迎角幅值。这表明非旋转钝锥在小迎角下的气动力也为非线性形式，其运动特征也是非线性的，因此非旋转弹箭在小迎角下其气动力的非线性并不是可以忽略的。像大迎角下的非线性运动现象一样，小迎角下的一些非线性运动现象采用线性理论也无法对该现象进行分析和描述。由于已开展的小迎角高超声速(地一6)非旋转钝锥双平面拍摄风洞自由飞试验结果只是观察了现象，并仅采用线性理论对试验结果做了简单分析，因此本文将对试验结果作进一步的分析，研究非旋转钝锥在小迎角下的非线性运动的特点，

7、对非旋转钝锥在小迎角高超声速下其气动导收稿日期：2015—07-08；退修日期：2015-07-29；录用日期：2015—08—16；网络出版时间：2015-09-3011：09网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20150930．1109．006．htmI基金项目：国家自然科学基金(11202200)*通讯作者．Tel．：010-68376792E·mail：izhhit@163．com戮用榕武：蒋增辉，宋威，陈农．小迎角高超声速非旋转钝锥非线性运动分析￡JI．航空学报．2

8、016．37(5)：1454．146IiJIANGZH．SONGW，OHENMAnalysisofnonlinearmotionforhypersonicnon-spinnmgbluntconesatsmallangleofattackEJJ．ActaAero．nauticaetAstronauticaSinica，2016．37(5)：1454—146I。蒋增辉，等：小迎角高超声速非旋转钝锥非线性运动分析数非线性的具体形式和特点进行分析，以及对比俯仰和偏航两个平面非线性运动的异同，以期深入了解小迎角下非旋转钝锥非线性运动

9、的特点。1角运动方程与气动参数辨识线性情况下，非旋转弹箭的平面运动模型为舀一E(Mq+睨)／刀d一(Mo／I)口一0(1)式中：a为迎角；舀和d分别为迎角对时间的一阶和二阶导数；Mq+舰为动导数；Mo为静导数；工为转动惯量。方程的解为口一ko一‘COS((cJt+p)+c(2)式中：五。为初始振幅；A为