某弹丸气动尾翼展开过程研究(3)
对于气动尾翼的研究方法很多，目前国外比较著名的此方面的计算方法和程序有:美国空军的操纵稳定性手册《USAFDATCOM》;美国海军水面武器中心(NSWC)的空气动力预估程序;美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的翼身尾组合体计算程序;美国尼尔森公司的导弹程序等[13]。
到目前为止,对气动力学问题的研究手段主要有四种:运用理论流体力分析的方法、实验方法、计算流体力学方法和工程计算方法[19]。 理论流体力学着眼于对各种流体力学问题构造和求解控制方程组,及研究这些方程的各种近似。牛顿流体力学的非定常N一s方程组己建立了150多年了,在研究过程中常常会遇到存在着气穴及激波、自由表面有数学奇性的物理现象,以及至今尚不易搞清楚的湍流问题。由于这些问题一般是非线性的,难以求解的,人们推导控制方程的能力大大超过了求解的能力。因此发展它的简化形式仍是研究流体力学的活跃领域。由于简化的形式会大大地方便分析参数的影响,但是简化的模型又往往不能考虑到流动的所有特性,所以它存在着一定的局限性。实验流体力学在验证和描述控制方程组的各种近似的限制方面一直起着非常重要的作用,比如说风洞就是模拟真实流动的一种有效的手段。风洞实验通常会做一些缩比,这与全尺寸实验相比,能节约许多成本。对于在很大程度上依赖流动特性的飞行器的设计,把全尺寸测量作为设计的一部分在经济上是不会被允许的。因为这样的花费大,周期长,并且受试验条件的影响也较大,尤其是如今的航空航天飞行器等,速度快,飞行条件复杂,用风洞来模拟的难度是相当大的[17]。计算流体力学是流体力学问题的另外一种分析的方法[16]。CFD是用离散化(数值)的方法将流体力学地问题转化为代数的方程组,并随着时间和空间的推进,求解流场中离散点上物理量的近似解,以得到需要的流场的数值描述。它能求解在复杂几何形状下的非线性复杂流动,还可模拟复杂流动的详细结构,也便于作孤立因素的优化分析,代替了很大一部分风洞试验。但是,N一S方程作为数学上的偏微分方程,数学研究还是很不完善的。另一方面来说,由于解的离散化和计算过程中的诸多假设,导致结果与实际并不总是符合的,且与工程方法相比来说,计算的时间相对较长。工程计算方法是一种比较成熟的方法,它把解析法、经验和半经验法、风洞实验数据和曲线等合在一起应用。对于尾翼弹的计算,总体上采用以“部件组合技术”为基础的工程方法。即分别计算单独弹体、单独尾翼的气动力问题,然后考虑各部件的相互影响,最后得到尾翼弹的气动力各项系数。工程计算方法种类众多,主要有:线化理论、一二次混合扰动理论、二次激波膨胀波理论、薄翼理论、升力线理论、升力面理论、查找实验数据曲线和数据等方法。计算摩擦阻力的时侯,应该运用边界层理论。这是因为在弹丸飞行过程中,雷诺数很大,粘性影响主要表现在近物体附面层中。计算其它气动力参数时,将气体视为理想气体。就费用和精度而言,工程方法一般是介于半经验方法和CFD方法之间的折衷方法。它的主要优点是计算费用低、速度快,并可随时根据几何条件和飞行条件的不同,进行气动力的计算。缺点是:程序的通用性差,计算受几何形状的限制。
1.2 国内外研究现状
从古至今，人们一直对飞天有一种狂热的憧憬，据《韩非子》记载鲁班用竹木作鸟“成而飞之，三日不下”。然而人们更希望仿制鸟儿的双翅使自己也飞翔在空中。从明朝万户用火箭木椅飞天，到四百多年前，意大利人利奥那多•达•芬奇和他的助手对鸟类进行仔细的解剖，研究鸟的身体结构并认真观察鸟类的飞行。设计和制造了世界上第一架人造飞行器：一架扑翼机。
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