大攻角侧向多喷干扰流场特性数值模拟

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015V01．36No．92828·2839ISSN1000-6893ON1、一1929／Vhttp：#hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn大攻角侧向多喷干扰流场特性数值模拟李斌1’2一，王学占1，刘仙名1’21．中国空空导弹研究院，洛阳4710092．航空制导武器航空科技重点实验室，洛阳471009摘要：采用计算流体力学(CFD)方法研究了大攻角状态下侧向多喷13干扰复杂流场对

2、导弹气动特性的影响。首先通过喷流标模和大长细比导弹模型的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)数值模拟，分别验证了所采用的仿真方法对喷流干扰流场和导弹大攻角流动求解的能力；其次采用RANS方程组对大攻角状态侧向多喷干扰流场进行了数值模拟，表明攻角与喷口数量对导弹气动载荷分布产生较大的影响；然后通过对比分析有／无喷流时法向力系数沿导弹轴向的分布，以及流场结构，揭示了不同攻角时喷流干扰流场对导弹气动特性影响的流动机理；最后给出了侧向喷流对导弹建立攻角时间影响的初步分析，表明与采用单独气动舵进

3、行姿态控制相比，在10km高度采用侧向喷流直接力控制不能提高导弹的快速性。关键词：导弹；大攻角；侧向喷流；气动特性；计算流体力学中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)09—2828—12第五代空空导弹要求能攻击高速、高机动目标，并具备全方位攻击能力，因此其控制系统必须具有全弹道条件下的快速响应能力uj。侧向喷流直接力控制技术可有效地提高控制系统的快速性，有助于实现空空导弹大离轴发射和提高其弹道末段的机动能力。高温高速喷流介质与导弹外流场相互干扰，在喷口附近

4、形成激波、分离和漩涡等非常复杂的流场结构，导弹上产生了附加的气动力，从而改变了侧向喷流的控制效率[z]，甚至使导弹局部热环境变差，这种现象在低空稠密大气层中尤为明显。因此为提高精确制导导弹的控制精度，需要对喷流干扰流场特性进行准确的预测。侧向喷流直接力控制的概念是在20世纪50年代提出来的，此后国内外学者围绕着侧向喷流干扰流场预测问题开展了大量的风洞试验和CFD仿真研究，给出了单喷流干扰流场合理的激波结构和涡系结构，并分析了来流和喷流参数对侧向喷流干扰特性的影响规律[3“]。现有对细长弹体喷流干

5、扰流场的研究工作表明，喷流干扰使小长细比光弹身的力放大因子下降[7]，而合理布局的翼身组合体能够增加力放大因子∞]，但当翼身组合体绕自身纵轴旋转时，旋转角速度对力放大因子影响很大，喷流位于迎风侧时，力放大因子随旋转角速度增大而减小，背风侧反之[9]。对大长细比光弹身喷流干扰流场研究表明，力和力矩随攻角变化是非线性的，尤其是喷流位于迎风侧时[10。。喷流对大长细比导弹构型气动特性的影响更加复杂，需进～步考虑攻角[1¨、布局[12]、多喷[13

6、，甚至喷流非定常效应[1“153等因素对导弹气动力和力

7、矩的影响。多喷干扰流场对细长体气动特性影响研究表明，当喷流数量增加时，喷流与来流的干扰与多个收稿日期：2015—0T-16i退修日期：2015—02—02；录用日期：20T5—03-01；网络出版时间：2015—03—1611：31网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201503161132．004html基金项目：航空科学基金(2014zAl2001)*通讯作者Tel．：0379-63385270E-mail：lib_in@163．com镦琨裕武ILiB，

8、WangXZ．LiuXM．Numericalinvestigationofmulti-lateraljetsinteractionsflowcharacteristicsathighangleofattackEJS．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2015．35(9)：2828-2839．李斌，壬学占．翩蚀名．大攻角低向多喽f挠流场特链数值模拟[∞航空学掇，2015，36(9)：2828-2839李斌等：大攻角侧向多喷干扰流场特性数值模拟单喷的叠加完全不同

9、[1617I，且喷流数量越多法向力放大因子越小口8

10、，但第一个喷口对多喷干扰流场的主要结构和喷口上游表面分离范围起主导作用口引，此外周向多喷工作时会显著地增大喷流干扰区域[2引。上述文献对多喷干扰流场的研究集中在中小攻角范围，且模型多是光弹身。实际上，为提高导弹的机动能力，导弹在越肩发射或末段机动时通常以大攻角状态飞行，此时侧向喷流与来流的干扰流场结构更加复杂，因此研究大攻角状态多喷干扰流场具有重要的意义，但大攻角飞行条件下导弹的喷流干扰流场研究成果很少，尤其是多喷干扰流场未见公开报道。已有的大