【摘要】：為深入分析翼片結(jié)構(gòu)參數(shù)對無傘末敏彈系統(tǒng)氣動特性的影響規(guī)律,本文基于計算流體力學方法對無傘末敏彈進行氣動特性分析,并以極大阻力系數(shù)和極大轉(zhuǎn)動力矩系數(shù)為目標對末敏彈翼片結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。無傘末敏彈翼片厚度較小,極易在氣動力作用下發(fā)生撓曲變形,傳統(tǒng)方法將翼片剛性化的處理方法已無法滿足計算精度的要求。基于此,本文的研究過程如下,在充分考慮翼片氣動彈性的基礎上,建立了平板、C型、S型三種結(jié)構(gòu)翼片的撓曲理論模型,基于功的互等理論對翼片撓曲變形進行理論計算,并采用雙向流固耦合方法對三種結(jié)構(gòu)翼片進行數(shù)值分析,對比理論解與數(shù)值解,并進行了相應的分析;分析對比了不同翼片結(jié)構(gòu)剛性翼無傘末敏彈和彈性翼無傘末敏彈的氣動特性,并與自由飛行試驗結(jié)果進行對比,說明了考慮翼片氣動彈性的必要性;在考慮翼片氣動彈性的前提下對兩種典型尾翼結(jié)構(gòu)無傘末敏彈翼片進行優(yōu)化設計,得到了滿足極大阻力系數(shù)和極大轉(zhuǎn)動力矩系數(shù)的無傘末敏彈翼片最優(yōu)結(jié)構(gòu)。對雙翼無傘末敏彈的氣動特性分析方面,本文建立彈性翼片無傘末敏彈氣動模型,采用雙向流固耦合方法對彈性翼無傘末敏彈進行氣動特性仿真計算,并以傳統(tǒng)計算流體力學方法對剛性翼無傘末敏彈進行氣動特性分析,用以對比氣動彈性對無傘末敏彈氣動特性的影響。隨后對雙翼無傘末敏彈進行高塔自由飛行試驗以驗證仿真結(jié)果,仿真計算和試驗結(jié)果顯示,與剛性翼末敏彈數(shù)值結(jié)果相比,彈性翼無傘末敏彈仿真所得末敏彈阻力系數(shù)和轉(zhuǎn)動力矩系數(shù)的仿真結(jié)果與試驗值更為接近,最大誤差分別不超過7.8%和6.0%;剛性翼無傘末敏彈阻力系數(shù)、升力系數(shù)和轉(zhuǎn)動力矩系數(shù)比彈性翼無傘末敏彈阻力系數(shù)、升力系數(shù)和轉(zhuǎn)動力矩系數(shù)分別大20%、20%和12%左右;翼片結(jié)構(gòu)參數(shù)對無傘末敏彈氣動特性的影響方面,翼片彎折角的影響最大,翼片彎折比次之,面積比及翼片長寬比則對氣動參數(shù)的影響較小。為深入分析末敏彈翼片在氣動力作用下的彈性變形,本文基于功的互等理論對無傘末敏彈翼片進行撓曲變形的理論計算,通過建立三種結(jié)構(gòu)翼片撓曲模型,設置符合實際情況的邊界條件,推導翼片撓曲方程,得到了平板翼片、S型翼片和C型翼片在均布氣動力載荷作用下的撓曲變形,并求解了來流速度對翼片最大撓度的影響規(guī)律。對三種結(jié)構(gòu)翼片進行雙向流固耦合仿真分析,得到了三種類型翼片撓曲變形隨各翼片結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化情況,并分析了氣動參數(shù)、翼片迎風面壓力隨攻角、來流速度等參數(shù)的變化情況。對無傘末敏彈翼片撓曲變形的理論解與數(shù)值解進行對比,結(jié)果顯示仿真值比理論解略大,最大偏差不超過10%。母彈開艙前,翼片貼附于末敏子彈外壁,末敏子彈威力要求及其裝填條件使翼片不可能自由設計,為獲得無傘末敏彈最佳氣動外形,在考慮翼片氣動彈性的基礎上,本文基于正交試驗方法對S-S型和S-C型無傘末敏彈進行了優(yōu)化設計,深入分析了翼片結(jié)構(gòu)參數(shù)對末敏彈系統(tǒng)氣動特性影響程度的主次順序,并獲得了兩種翼片組合末敏彈的最佳翼片結(jié)構(gòu)參數(shù),對優(yōu)化所得末敏彈模型加工樣彈并進行了自由飛行試驗,結(jié)果表明優(yōu)化效果明顯,無傘末敏彈的阻力系數(shù)和轉(zhuǎn)動力矩系數(shù)顯著提高。優(yōu)化思路和結(jié)果可為無傘末敏彈的結(jié)構(gòu)設計提供參考。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TJ410
【圖文】：

程最遠的１５５ｍｍ反裝甲末敏彈。逡逑（２）美國ＢＬＵ－１０８智能反裝甲彈逡逑如圖１．３所示，化Ｕ－１０８智能反裝甲彈藥是一種二級子母彈，每個化Ｕ－１０８子逡逑彈外形為圓柱形，直徑１３３ｍｍ，長度７９０ｍｍ，重量２９ｋｇ，內(nèi)含４枚Ｓｋｅｅｔ次級末逡逑敏子彈。沈ｅｅｔ直徑１２７ｍｍ，長度９０ｍｍ，重量３．４ｋｇ，采用重０．４５２ｋｇ的銅制藥型逡逑罩ＥＦＰ戰(zhàn)斗部�；眨保埃缸訌椬畲筇攸c就是彈體外形和接口的尺寸采用了標準化設逡逑計，可Ｗ應用于多種武器的戰(zhàn)斗部，如ＡＴＡＣＭＳ、ＣＢＵ９７／Ｂ航空集束炸彈、＂戰(zhàn)斧＂逡逑巡航導彈、ＡＧＭ－１５４＂聯(lián)區(qū)外武器＂等。Ｓｋｅｅｔ次級末敏子彈外側(cè)裝有激光／紅外雙模逡逑敏感器，可用于探測各種不同的目標。激光探測器用于探測目標輪廓，紅外敏感器逡逑探測目標的熱信號。當探測到有效目標后，傳感器計算出目標瞄準點并起爆戰(zhàn)斗部。逡逑此外Ｓｋｅｅｔ戰(zhàn)斗部中還有自毀裝置。逡逑？邋．邋；邋？逡逑圖１．３邋ＢＬＵ－１０８及Ｓｋｅｅｔ戰(zhàn)斗部逡逑ＢＬＵ－１０８子彈被載具拋撒后，首先展開一對金屬穩(wěn)定翼和減速降落傘垂直降落。逡逑４逡逑

博±論文逡逑典型的末敏彈旋轉(zhuǎn)傘為圓形平面旋轉(zhuǎn)傘，傘衣８副，傘繩周邊８根中屯、１根，．逡逑導旋通氣孔８個。德國斯馬特（ＳＭＡｒｔ）末敏彈的旋轉(zhuǎn)傘就是這種結(jié)構(gòu)，如圖１．４逡逑所示。逡逑＾邐邐Ｊ邋？ｉｆｔｉ邋■＞邋ｉＨｉｉｉ邋ｉｉｉｉｉｉｌｉＨ邋ｉｉｉｉｉｉｌｉ逡逑WＩ逡逑ＩＫＢｍ逡逑圖１．４邋ＳＭＡｒｔ末敏彈的旋轉(zhuǎn)傘逡逑（２）無傘末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描機制逡逑無傘末敏彈采用翼片的非對稱布局或翼片結(jié)構(gòu)的不對稱，通過作用在其上的非逡逑對棟氣動力、力矩實現(xiàn)減速和導旋運動。無傘末敏彈的彈體多設計成圓柱體，長細逡逑比較小。彈體通常采用平頭或純頭設計，翼片安裝角接近９０°，能夠產(chǎn)生較大的阻逡逑力，延長彈體的留空時間。彈體質(zhì)屯、與阻屯、距離較小，使末敏彈姿態(tài)變化快速靈敏，逡逑能夠形成特定的運動姿態(tài)，可滿足末敏彈的任務要求。如圖１．５所示，ＢＯＮＵＳ末逡逑敏彈采用兩片不對稱翼片實現(xiàn)對彈體的減速導旋并維持其穩(wěn)定下落，翼片端部設置逡逑的擾流片進一步加劇了氣流對兩翼的不對稱作用。逡逑翁逡逑圖１．５邋Ｂｏｎｕｓ末敏彈逡逑６逡逑

博±論文逡逑典型的末敏彈旋轉(zhuǎn)傘為圓形平面旋轉(zhuǎn)傘，傘衣８副，傘繩周邊８根中屯、１根，．逡逑導旋通氣孔８個。德國斯馬特（ＳＭＡｒｔ）末敏彈的旋轉(zhuǎn)傘就是這種結(jié)構(gòu)，如圖１．４逡逑所示。逡逑＾邐邐Ｊ邋？ｉｆｔｉ邋■＞邋ｉＨｉｉｉ邋ｉｉｉｉｉｉｌｉＨ邋ｉｉｉｉｉｉｌｉ逡逑WＩ逡逑ＩＫＢｍ逡逑圖１．４邋ＳＭＡｒｔ末敏彈的旋轉(zhuǎn)傘逡逑（２）無傘末敏彈穩(wěn)態(tài)掃描機制逡逑無傘末敏彈采用翼片的非對稱布局或翼片結(jié)構(gòu)的不對稱，通過作用在其上的非逡逑對棟氣動力、力矩實現(xiàn)減速和導旋運動。無傘末敏彈的彈體多設計成圓柱體，長細逡逑比較小。彈體通常采用平頭或純頭設計，翼片安裝角接近９０°，能夠產(chǎn)生較大的阻逡逑力，延長彈體的留空時間。彈體質(zhì)屯、與阻屯、距離較小，使末敏彈姿態(tài)變化快速靈敏，逡逑能夠形成特定的運動姿態(tài)，可滿足末敏彈的任務要求。如圖１．５所示，ＢＯＮＵＳ末逡逑敏彈采用兩片不對稱翼片實現(xiàn)對彈體的減速導旋并維持其穩(wěn)定下落，翼片端部設置逡逑的擾流片進一步加劇了氣流對兩翼的不對稱作用。逡逑翁逡逑圖１．５邋Ｂｏｎｕｓ末敏彈逡逑６逡逑

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本文編號：2793789