楊云軍 |
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報告題目: 旋轉(zhuǎn)彈箭面外力矩通用建模與錐運(yùn)動穩(wěn)定性貫通研究
個人簡介: 楊云軍,研究員,博士生導(dǎo)師,中國航天科技集團(tuán)公司學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人,享受政府特殊津貼。中國力學(xué)學(xué)會流體力學(xué)專業(yè)委員會委員,計算物理常務(wù)理事,中國空氣動力學(xué)會高超聲速專業(yè)委員會秘書長、計算流體力學(xué)專業(yè)委員會委員,《空氣動力學(xué)學(xué)報》編委。主要的研究方向包括:復(fù)雜干擾與多體分離評估,多學(xué)科耦合數(shù)值虛擬飛行,先進(jìn)CFD技術(shù)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇,出版專著《高超聲速空氣動力設(shè)計與評估方法》。
摘要: 旋轉(zhuǎn)飛行是彈箭類飛行器廣泛使用的飛行方式。然而彈箭旋轉(zhuǎn)衍生出錐形運(yùn)動,錐運(yùn)動穩(wěn)定性問題攸關(guān)射程和落點(diǎn)精度。20世紀(jì)60年代奈特霍克(Nitehawk)火箭、本世紀(jì)初西班牙140mm火箭以及火箭增程設(shè)計、高原型設(shè)計都遇見了匪夷所思的錐運(yùn)功失穩(wěn)發(fā)散,表現(xiàn)為近彈,即與理論設(shè)計相比彈道下沉、速度降低、射程變短。 近10年國內(nèi)外氣動研究者已經(jīng)能夠較準(zhǔn)確預(yù)測旋轉(zhuǎn)彈箭的面外力矩(亦稱廣義馬格努斯力矩),動力學(xué)研究者也在動態(tài)穩(wěn)定性分析和魯棒控制等方向取得系列化的進(jìn)展。遺憾的是,動力學(xué)分析均采用適用于無翼旋轉(zhuǎn)彈丸的經(jīng)典馬格努斯力矩而完美錯過了有翼旋轉(zhuǎn)彈箭面外力矩的靜態(tài)部分。 本文將旋轉(zhuǎn)彈箭面外力矩解構(gòu)為靜態(tài)部分和經(jīng)典馬格努斯力矩部分,進(jìn)一步提出了面外力矩關(guān)于物形非對稱尺度、攻角、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的模型,同時通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了通用氣動模型具有高精度。面外力矩通用氣動模型具有一定普適意義,從理論上指明了相關(guān)氣動設(shè)計及優(yōu)化的攻關(guān)方向,構(gòu)成氣動/動力學(xué)貫通研究的重要基點(diǎn)。基于通用氣動模型,針對性提出改善錐運(yùn)動穩(wěn)定性的調(diào)控原理,通過變尾翼偏轉(zhuǎn)角、變質(zhì)心等調(diào)控方式的實(shí)際效果。變質(zhì)心可便捷調(diào)整旋轉(zhuǎn)彈箭錐運(yùn)動穩(wěn)定性,并發(fā)現(xiàn)質(zhì)心存在后限制點(diǎn)的剛性定量要求,也恰巧吻合了傳統(tǒng)無控旋轉(zhuǎn)彈箭設(shè)計靜穩(wěn)定裕度的工程經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則。最后以經(jīng)典旋轉(zhuǎn)火箭寬域條件飛行失穩(wěn)為對象,構(gòu)建了高精度旋轉(zhuǎn)氣動數(shù)據(jù)建庫與錐運(yùn)動穩(wěn)定性判據(jù)方法,對高原失穩(wěn)和增程失穩(wěn)進(jìn)行量化分析并揭示相關(guān)動力學(xué)機(jī)理。 |