導彈飛行攻角付出動態過程數值模擬

丁鍇

摘要：本文采用滑移網格方法，模擬了導彈飛行時舵偏做動的非定常過程。通過非定常過程的模擬計算，得到了導彈動態過程的氣動特性變化，相較于傳統方法，非定常模擬計算更加接近導彈飛行時的真實情況，并且能夠通過仿真手段得到導彈動導數數據。

關鍵詞：動網格技術;導彈飛行;數值模擬

引言

導彈的飛行過程中，會通過轉動舵面，產生附加空氣動力，使導彈產生機動從而達到擊傷目標的目的，因此，計算機動過程中導彈的瞬時流場具有重要的意義。目前在導彈氣動外形研制中的數值模擬多以常規的CFD 方法對特定狀態下導彈的氣動力進行定常模擬分析，這種計算方法的優點是計算時間短并且計算結果相對較為精確，但是定常模擬的方法不能模擬計算導彈的飛行狀態，并且也不能計算導彈的動導數信息，因此通過動網格方法對導彈的非定常氣動特性進行計算，是對當前計算方法的一個有益補充和進步。

研究內容

為了準確便捷的對導彈彈道飛行過程進行數值模擬計算，計算中采用了軸對稱導彈模型，采用FLUENT 對導彈舵偏為0度，攻角以6度 / 秒的速率進行轉動，馬赫數 Ma 為3.01的狀態進行計算。

在計算開始時使用定常計算方法計算馬赫數3.01下0度攻角狀態的導彈氣動力，待計算結果穩定后再載入控制網格轉動的 UDF 程序，設置網格轉動角速度為6度 / 秒，計算步長1000步 / 秒，在每計算1000步后保存計算結果，計算5000步后停止計算，計算導彈攻角從0°～30°變化的非定常過程。圖2給出了 Ma=3.01時，不同攻角下流場垂直于 z 軸的中心對稱面壓力云圖，迎風面、背風面壓力云圖流線圖。

隨著時間的變化，導彈攻角越來越大，在同一馬赫數下導彈彈身上的壓力分布也隨之變化，并且壓力分布變化符合氣動規律，滑移網格在計算導彈動態攻角氣動力變化上是可行的。

通過對比導彈計算數據和風洞試驗數據可以大致得出滑移網格方法的精確度，對比分析結果如圖3所示：

從圖3可以看出，FLUENT 計算數據與風洞試驗數據相似度較高，證明了此計算方法可行。3.01馬赫數下兩者符合較好，只是在大攻角時有一定差距。由于 FLUENT 計算數據在每一個時間步長也就是0.001s 就有一個數據，所以相較與風洞試驗，FLUENT 計算數據很容易能夠取得動導數數據，并且得到的數據相較于傳統的工程算法得到的數據更為準確。

結論

本文利用 FLUENT 對導彈動態飛行過程進行了模擬計算，從結果來看，動網格方法可以有效的計算導彈的氣動力數據，對導彈在動態過程中的氣動力變化與響應做出有效的模擬。