基于气动力―外弹道耦合计算的某超音速旋转弹气动外形设计(2)

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4.1 耦合计算的基本概念 38

4.2 本文中所用的耦合计算 39

4.3 耦合计算与传统外弹道计算的比较 40

5 气动外形设计 44

5.1 炮弹气动外形设计概述 44

5.2 基于阻力系数计算的气动外形设计 45

5.3 基于耦合计算的气动外形设计 52

6 计算程序的介绍 57

6.1 基本功能和输入输出 57

6.2 程序界面及使用 57

结论 61

致谢 62

参考文献 63

附表 65

1 绪论

1.1 背景和意义

传统的气动力和外弹道计算是分开进行的，外弹道计算中所用的气动力系数是由之前已经算好的气动力系数表经过插值得到的，而这些气动力系数表也是由风洞实验和靶道测试法、数据库方法、近似分析计算法等方法获得的。根据外弹道学理论，气动力系数的精确性直接影响了外弹道的精确程度。另一方面，由于弹丸飞行姿态和飞行参数的改变会引起气动力系数的变化，所以气动力和外弹道二者之间的关系是相互影响相互制约的。虽然现在的气动力系数获得方法很多，精确度也相当高，但是随着现代战争对弹丸机动性和初速要求的不断提高，在外弹道仿真时仅仅对已有的气动力系数表进行线性插值显然已不能满足计算精度的要求，而二者之间的耦合计算就是解决此类问题的一个很好方法。论文网

气动力-外弹道耦合计算过程是在外弹道计算时，时间步长每增加一次，外弹道过程计算一遍，并将所得的弹丸各参数传递给气动力计算模块；气动力计算模块在获得由外弹道模块传递来的数据后用这些数据进行气动力系数计算，并将所得结果传递给外弹道计算模块；外弹道计算模块重复以上步骤，直至外弹道计算结束。

气动力-外弹道耦合计算方法较传统方法的优势在于该方法在每一步外弹道计算过程之后都会进行一步气动力计算，这就保证了每一次的外弹道计算所用的气动力系数都是实时的，并且每一次的气动力计算都充分考虑了弹丸的飞行姿态和飞行参数的影响。

从物理意义上讲，气动力-外弹道耦合计算更加接近于实际情况，这也正是我们将该计算方法应用于气动外形设计的原因。气动外形设计是弹箭设计的核心部分，其优劣性将会直接影响弹箭的射程、飞行稳定性、机动性以及它的作战效能。传统气动外形设计方法是在对不同设计方案进行风洞实验综合分析的前提下，得到最优的设计方案。该方法设计周期长、效费比低。随着计算机技术的发展，采用数值仿真的手段进行气动外形设计成为一种高效、快捷的方法。该方法不仅在一定程度上可以代替风洞实验，而且可以模拟风洞实验无法模拟的条件，成为现今研究的重点。数值仿真的最高追求就是无限接近于实际状况，所以气动力-外弹道耦合计算就为气动外形设计提供了一个很好的计算基础。