研究了某新型阀控式火炮制退机的流场运动规律,以台架试验为背景,通过Fluent软件进行了等效流场分析,推导得出了主流流道液压阻力系数K的取值,并以某成熟的节制杆式制退机进行验证。研究了液压阻力系数K与流液孔面积ax的关系,K值在后坐过程中处于动态变化,其值为1.39~2.05,且随流液孔面积的减小而在一定范围内逐渐增大。建立了台架工况下的动力学模型,为后续制退机的台架试验。

针对特定加工误差,利用CFD模拟方法对典型弹型的气动参数进行分析。采用六自由度外弹道模型,对质量偏心弹丸稳定性能进行了计算与分析。结果表明,质量偏心对滚转阻尼力矩和马格努斯力矩影响很大,从而使章动周期变长、攻角(章动角)衰减变慢,弹丸飞行失稳趋势明显。

运用CFD计算方法进行数值模拟,采用三维非定常N-S方程并结合重叠网格技术,计算导弹在不同马赫数,攻角和舵偏速度下的各项力和力矩的气动系数。研究发现:鸭舵偏转产生漩涡对尾翼进行干扰,这种干扰随舵偏角的增大而增大;小攻角下弹体和尾翼对导弹轴向力系数的影响很小;马赫数的增大会使鸭舵偏转对导弹法向力系数和俯仰力矩系数的影响减弱;鸭舵动态偏转计算气动力和力矩和稳态情况下计算的结果不一样,且鸭舵偏转速度越快,差异越明显。

设计了一种采用"一"字平面鸭舵的尾翼式制导炮弹气动布局,并针对其高超声速特性进行了适配的气动参数计算。炮弹头部采用阻力较小的冯卡门形母线,长度为口径d的3.5倍,弹身中段为长5d的圆柱段,尾部长3d,收缩比0.8;设计了八片尾翼的稳定结构,为减小气动热,钝化了头部鼻尖及翼前缘,分析并计算了弹翼的安装位置、面积及几何尺寸;利用牛顿理论对该制导炮弹的高超声速气动特性进行工程计算,获得升力系数、阻力系数、静稳定系数等相关气动参数。结果表明:本文设计的高超声速制导炮弹的气动布局具有良好的高超声速特性及可控性,满足设计要求。研究结果可为高超声速制导炮弹总体设计提供参考。

为了实现鸟类翅膀扑动过程中的复杂运动,设计了一套能够实现挥拍-折叠运动的扑动机构,首次采用了ADAMS-XFlow联合仿真的方法进行气动特性研究,分别研究扑动频率与来流速度对其气动特性的影响,得到了在不同条件下的升力系数和推力系数曲线、速度云图及展向压力云图,结果表明:增加扑动频率可以大幅度提高仿生扑翼飞行器的气动特性;增加空气来流速度将降低仿生扑翼飞行器的气动特性;增加扑动频率和来流速度都将减小扑翼的速度波动对气动特性的影响。

为了获得组合结构在高过载环境中的加速度响应规律,进行了气锤过载冲击实验,得到带螺栓连接组合结构不同位置的加速度响应,并使用ABAQUS有限元软件对实验动态冲击过程进行仿真研究,验证了数值仿真的可靠性。利用验证的有限元模型对高过载环境中螺栓预紧力、气锤冲击速度对组合结构不同位置加速度的影响进行仿真分析。结果表明螺栓预紧力较小时,组合结构对加速度"削弱"明显,当1#和2#位置螺栓预紧力达到10 k N和15 k N时,组合结构对加速度"削弱"作用减小并趋于稳定;初始冲击速度增加,相邻位置加速度差值增加,差值基本呈线性关系,斜率分别为0.025 66和0.013 57。以上结论为实际工程应用抗过载设计提供参考依据。

建立了火炮底凹弹丸的数值计算模型，基于Navier-Stokes方程对底凹弹的超声速绕流流场进行了求解，得到了弹丸的流场参数与阻力系数，探讨了不同底凹侧壁倾斜角度对底凹结构减阻性能的影响。研究发现:就提高弹丸底压以减小其气动阻力而言，带有“收缩角”的底凹结构优于传统的圆柱状底凹结构;底凹结构的“收缩角”存在最优值。

为探索挖掘前掠翼气动力优势,构建了一种串置式高速前掠翼布局研究模型,在来流马赫数0. 8和-10°～+20°中小攻角范围内,按RANS方法并选用可实现k-ε湍流模型,数值仿真其定常三维湍流场纵向气动力和受前后翼位置影响的变化特性。结果表明:在10°攻角后,串置式前掠翼基本模型获得的升力系数比相应单前掠翼的有所提高,而升阻比变化基本相同,串置翼基本模型在5°攻角时升阻比最大;在5°攻角之后,后翼下置串翼模型的升力系数比后翼上置和基本翼模型有所提高,而升阻比变化基本相同;在前后翼翼面附近绕流中捕捉到局部激波,并且翼根与机身交接区域可见有低速旋涡;串翼试飞模型平飞姿态稳定并能做一定机动飞行,串置式前掠翼模型构建方案可行,仿真计算为后续进一步开展研究奠定了基础。

为实现液压伺服阀辅助控制火炮反后坐装置中控制阀体的实时反馈,提出基于CAN总线同步控制两个伺服阀的控制方法。在传统阀控反后坐装置的基础上建立数学模型,利用CAN总线可挂载多个主机设备的优势,将两个伺服阀进行连接,完成系统的搭建;将模糊PID算法引入到仿真中,得到阀体开度和后座阻力的关系曲线,分别加入此装置和传统阀控装置时的后坐阻力曲线。结果表明:加入双伺服同步阀控系统的曲线,在达到峰值后更平稳,消除峰顶效果更好。

为研究某新型阀控式制退机的缓冲性能,用等效运动方法,在Fluent中建立制退机内部流场模型,分析了流液孔的面积a_(x)对液压阻力系数K值的影响,在一定范围内,随a_(x)的减小,K值不断增大,取值范围在1.1~1.8。以模拟后坐试验平台为背景,构建了模拟后坐过程的动力学模型,采用Simulink进行动力学仿真,对比仿真与试验结果,验证了该阀控式制退机的缓冲性能和调节能力,为该制退机在火炮上应用奠定了基础。