固沖導彈零攻角負法向力特性研究＊

王慶軒，王學占，李 斌

（中國空空導彈研究院，河南洛陽 471009）

0 引言

隨著各國武器的迅猛發展，作戰環境正變得越來越復雜，并以此催生著武器向更高、更快、更遠的方向邁進，因此長遠距離武器被各個國家所青睞，沖壓發動機導彈應運而生，而其中的固沖發動機導彈優勢突出，已經被各個國家所接受并正應用于空地彈、空空彈等多種作戰武器中。

固沖導彈必須有一個進氣裝置——進氣道來滿足沖壓發動機工作的要求。由于進氣道一般都安裝在彈體外部，它同時作為導彈的一個氣動部件存在，它的尺寸、位置都會與其他氣動組件產生相互影響進而影響導彈的氣動性能。文中著重對進氣道與彈上各氣動部件之間的相互干擾而在零攻角時產生負法向力的特性進行機理性分析，并提出優化合理化建議。

1 計算模型及條件

文中計算所采用雙下側進氣道布局固沖導彈為歐洲的“meteor”導彈外形，如圖1所示。

圖1 全彈外形圖

利用ICEMCFD進行了網格劃分，采用SST模型進行計算，計算狀態 Ma ＝1.5，2.0，3.0，α＝0°，其負法向力現象在各個馬赫數下均出現，文中主要針對導彈的典型巡航狀態M＝3.0進行分析。

2 零攻角下負法向力現象

表1是在飛行馬赫數為3.0、攻角為0°時，導彈各部件產生的氣動力。

對正常布局導彈來講，在零攻角下全彈法向力應為零，即使是CFD數值計算也應是一個接近零的數值，而對文中所計算的帶進氣道的導彈布局，從表中數據來看，在導彈零攻角狀態下，全彈法向力為負值，這并非是計算誤差造成的，因為這種現象在相同類型布局的導彈風洞試驗中也同樣存在，所以此種布局導彈在零攻角下負法向力特性是真實存在的。這種現象將使全彈典型狀態的平飛攻角提高1°～2°，使全彈巡航阻力增加，影響總體戰術指標，因此應消除或盡量減小這種特性的影響。下面將對這種現象產生的機理進行詳細分析并提出消除或降低這種影響的措施。

表1 Ma＝3.0時零攻角下氣動力系數

3 負法向力特性機理分析

3.1 舵面與舵機罩

圖2是兩舵面附近流動圖畫，從圖中可以看出，由于進氣道及舵機罩的影響，氣流在兩舵面之間的流動造成兩舵面之間的區域壓力較低，并使迎風舵面翼稍部分的上表面壓力大于下表面壓力，而使背風舵面翼稍部分的下表面壓力小于上表面壓力，如圖3所示，從而使兩舵面產生負法向力。對于舵機罩，也是由于同樣的原因使得舵機罩上表面壓力大于下表面壓力。兩舵面及舵機罩表面壓力分布曲線分別如圖4～圖6所示，1為上表面，2為下表面，橫軸為z向坐標，下同。

圖2 舵面附近流動圖譜

圖3 舵面附近壓力分布圖

圖4 背風舵表面壓力分布曲線

圖5 迎風舵表面壓力分布曲線

3.2 翼面

如圖7所示，由于進氣道及隔道的影響，導致翼面兩邊氣流流動不對稱，使翼面下表面壓力略高于上表面，形成一個負法向力，其值很小，只有－0.00408，在數值計算誤差范圍內。翼面上下兩表面壓力分布如8所示。

圖7 翼面附近流線圖

圖8 翼面壓力分布圖

3.3 進氣道

從表1中數據看來，導彈在零攻角飛行時，整個進氣道表面產生負法向力。進氣道很長，從彈體中部一直延伸到尾部，由于彈體、翼面、舵面、舵機罩對進氣道不同部位都有不同的影響，導致進氣道在不同位置處上下表面壓力分布也不盡相同。在進氣道入口稍后方部分，由于進氣道入口激波的影響，進氣道下表面壓力較高。圖9為x＝2.5m處（即距頭部2.5m處，下同）進氣道上下表面壓力分布曲線，從圖中可以清晰看出下表面壓力明顯大于上表面，1為上表面，2為下表面，橫軸為y向坐標，下同。

隨著氣流的運動，進氣道上下兩表面壓力逐漸降低，但上表面受到翼面干擾氣流的影響，壓力降低較慢，以致于隨著氣流后移，上表面壓力逐漸高于下表面。圖10為x＝3m處進氣道上下表面壓力分布曲線。

圖9 x＝2.5m處進氣道表面壓力分布

圖10 x＝3m處進氣道表面壓力分布

在進氣道轉折處，在轉折面上形成一個低壓區，上表面壓力略大于下表面壓力，如圖11所示。

圖11 x＝3.3m處進氣道表面壓力分布

圖12是x＝3.6m處彈體附近氣流流動狀況，此處進氣道上表面壓力高于下表面壓力，如圖13所示。

在兩舵面之間及舵面后方的區域，由于舵機罩及兩舵面干擾氣流的影響，使得進氣道下表面壓力略大于上表面壓力，如圖14所示。

圖12 x＝3.6m處進氣道附近流動圖譜

圖13 x＝3.6m處進氣道表面壓力分布

圖14 x＝4.08m處進氣道表面壓力分布

從以上分析來看，從前到后依次受到翼面、舵臺、舵面的干擾，使進氣道表面上下表面壓差變化劇烈，其各部分法向力值先為正后為負再變為正，但總體效果表現出負法向力特性，且由于進氣道相當于弦長很大的升力面，故而這部分負法向力特性也最明顯。

4 結論

導彈在零攻角飛行時，由于氣動部件的相互干擾，最終表現出負法向力的特性，特別是進氣道表面的負法向力較大，將對導彈產生不利影響，因此應對進氣道部分進行修正。初步考慮，如果在不影響舵面安裝及進氣道內部結構的情況下，將進氣道上表面做成一個有較小傾角的斜面，可以降低進氣道上表面的壓力，從而可能改變進氣道上下表面壓差，同時可以減小結構重量，但是會增大進氣道表面積，可能會引起阻力的增加，需要進一步驗證。

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