Fluent不同展弦比下卷弧翼弹箭气动特性研究
毕业论文关键词 卷弧翼 流场模拟 展弦比
Title The Aerodynamic Analysis of Wrap-Around Fins in Different Aspect Ratio Condition
Abstract Wrap-Around Fin is an airfoil design with great attention, it has been used in many weapon systems. The wrap-around fins tie in with the body of the projectile while in the launch tube, so it save room for projectile. As it´s special construction, it can still has self-induction roll moment at zero angle of attack, while the change in aspect ratio can also have effects on roll moment, so it is necessary to have researches on its aerodynamic features. This paper use 3D modeling software Solidworks to build a model with wrap-around fins, then use ICEM CFD to establish a structured mesh for compute. Use Fluent to finish the numerical simulation of the flow field, then make a cloud atlas analyze by using Tecplot 360. This paper mainly analyzed the flow field of a missile with wrap-around fins at Mach number 0.3 to 3.5 and zero angle of attack, the result show that the projectile with wrap-around fins could be influenced by the self-induced rolling characteristics and we got the mach number when the rolling moment was reversed. and the aerodynamic changes in different aspect ratios. The results in the end are satisfactory.
Keywords Wrap-Around Fin Flow Field Simulation Aspect Ratio
目次
1绪论.1
1.1背景.1
1.2气动特性研究方案.1
1.3国内外发展状况2
1.4研究目的及意义3
1.5本文的工作.4
2数学理论模型..5
2.1流体控制方程组5
2.1.1质量守恒方程..5
2.1.2动量守恒方程..6
2.1.3能量守恒方程..7
2.1.4黏性项处理.8
2.1.5N-S方程组.10
2.2Spalart-Allmaras湍流模型.12
3几何模型及网格结构.15
3.1几何模型..15
3.1.1Solidworks软件..15
3.1.2具体参数及建模..15
3.2网格划分..17
3.2.1网格理论..17
3.2.2网格划分与生成..18
4Fluent计算求解.20
4.1Fluent介绍[11]..20
4.2求解过程..20
4.2.1设置选项..20
4.2.2计算条件..21
5结果与分析22
5.1后处理软件Tecplot36022
5.2流场特性分析比较22
5.2.1亚声速流场特性分析比较22
5.2.2超声速流场特性分析比较28
5.2.3非零攻角下的流场特性比较.36
5.3气动特性分析比较37
5.3.1滚转力矩特性分析比较..37
5.3.2阻力特性分析比较38
5.3.3升力特性分析比较39
5.3.4法向力特性分析比较.41
5.3.5俯仰力矩特性分析比较..42
5.3.6压力中心特性分析比较..44
结论.46
1流场特性.46
2气动参数特性46
致谢.47
参考文献..48
附录49
1 绪论 1.1 背景 卷弧翼（Wrap Around Fin-WAF或Wrap Around Wing-WAW）气动外形设计最早出现在20 世纪50年代中期，这种气动结构设计，已经被广泛应用到各类战术武器中，包括远程火箭，反坦克导弹，制导炮弹，巡航导弹等等。卷弧翼的气动设计，使得火箭弹的筒管式发射成为可能。筒管式发射可以提高武器系统的精度，增加武器系统的可靠性，便于运输储存，同时还能够大大减少使用空间的要求，比如采用卷弧翼的火箭弹发射管可以排布地更紧凑，体积更小。因此，卷弧翼设计具有很大的发展空间。 卷弧翼有五种布局形式，尾翼式布局，无尾式布局，正常式布局，鸭式布局和异形布局。前四种布局是气动外形设计常用的方案，异形布局是为了满足一些特殊需要而采用的布局结构。常用的卷弧翼有两种张开形式，一种是全张开式，一种是翼根直立式。全张开式的翼根和翼梢的连线沿弹体的径向方向，垂直于弹丸的表面；翼根直立式的翼根是垂直于弹丸表面的源]自=优尔-·论~文"网·www.youerw.com/ 。 卷弧翼独特的气动力外形可以使导弹的射程，机动性要求等设计参数更为优化，可以在飞行弹道前段和飞行弹道中段不张开尾翼，以减小空气阻力，在飞行弹道末端张开尾翼以获得足够的机动性能。 自卷弧翼问世以来，国内外有大量的学者对其气动特性进行了很多的实验和仿真工作，由于其翼面的弧度，导致卷弧翼在飞行中翼面两侧存在一定的压力差，从而产生自诱导滚转力矩，而在跨声速飞行时，随着飞行速度的增加，弹体的旋转在声速附近呈现出换向的特点，即滚转力矩值由正变为负，滚转方向由正向变为负向。一般我们将卷弧翼沿着由凹面向凸面方向滚转叫做正向滚转，反之则为反向滚转。自诱导滚转力矩受到马赫数，攻角，翼型参数等的影响。自诱导滚转力矩的存在，使得弹体存在自旋，其旋转稳定性较好，但是又因为可能自旋过大，引起严重的滚转——偏航耦合。产生滚转共振甚至是滚转闭锁，导致飞行过程中弹体出现不稳定的现象。所以，研究卷弧翼弹的气动力特性，显得尤为重要。 在卷弧翼外形设计的使用中，有的设计是无控弹箭，有的是有控弹箭。卷弧翼的设计在这两种类型的弹药中，其独特的特性均发挥了很重要的作用，但是，这种设计仍然存在这许多结构上的问题。比如，由于高速旋转，而翼根部位与翼座连接很少，受到的弯曲应力很大，导致弹翼铰链疲劳损坏，是卷弧翼的一个非常重要的问题。目前采用的解决方案是采用展向变厚度的卷弧翼，而这样又会导致气动特性的改变。