本文将对气动力-外弹道耦合计算进行研究，并将其运用于某超音速弹丸的气动外形设计，考虑到CFD方法的计算量和复杂性，本文将采用气动力工程算法来计算弹丸在每一飞行时刻的气动特性。

1.2 国内外研究状况

1.3 本文研究的主要内容

本课题主要是基于气动力-外弹道耦合计算的某超音速旋转弹气动外形设计，主要包括下面几个部分：

a) 因为要进行外弹道仿真，所以在第二章中介绍了三自由度的外弹道方程组建立过程，并且还介绍了如何使用四阶龙格―库塔法对该方程组进行仿真。

b) 为了求解气动力，第三章在理论分析的基础上详细推导了二次激波膨胀波的公式，并交代了运用此方法求炮弹头部的激波阻力系数。

c) 第四章详细介绍了耦合计算的概念和优点，结合具体算例比较了传统外弹道计算和基于耦合计算的外弹道计算之间的差别。

d) 第五章以气动力―外弹道耦合计算程序为工具，分别讨论了炮弹外形各部分对炮弹弹道特性的影响，针对某防空旋转弹进行了气动外形设计。

2 炮弹质心运动方程组文献综述

炮弹质心运动方程组是反映炮弹运动规律的模型，也是分析、计算或模拟炮弹运动的基础。炮弹的一般运动可分为质心的运动和绕其质心的转动两部分，这里为了快速得到炮弹飞行弹道和主要飞行特性，并且突出影响炮弹质心运动的主要参数，本文忽略了炮弹绕质心转动的运动。这种忽略就运用到了外弹道的基本假设，下面介绍一下外弹道基本假设。

2.1 外弹道基本假设

正如上文所说，为了突出影响炮弹质心运动的主要参数，揭露弹丸质心运动的基本规律，或者某些条件对炮弹质心运动影响不大，在研究炮弹运动时，我们往往引进一些基本假设。其具体内容如下：

a) 在炮弹运动时，其攻角 。

b) 炮弹是轴对称体。

c) 地表面是平面。

d) 重力加速度的大小不变，其方向始终竖直向下。

e) 由地球自转引起的科式加速度为零。

f) 标准气象条件，无风。

本文正是在这6条基本假设的基础上建立了炮弹质心运动方程组，唯一不同点是将重力加速度大小看作高度的函数，其方向仍然是始终竖直向下的。

2.2 描绘炮弹质心运动的主要参量

要想研究炮弹在空中的质心运动，必须确定描述炮弹质心在空中运动的参量。本文结合下图来讨论这个问题。