高速飞行器高空滚转特性数值模拟研究

【作者】 叶友达； 张涵信； 张现峰；

【机构】 国家计算流体力学实验室； 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所；

【摘要】 本文耦合气动方程和飞行力学方程开展高空高速飞行条件下飞行器强迫俯仰运动引起的滚转特性的变化,数值模拟结果表明在一定的条件下,飞行器会产生非指令性滚动。本文研究飞行高度40 km,飞行马赫数M=15的类HTV-2飞行器俯仰运动对滚转运动的影响,考虑如下俯仰运动规律:θ=θ_m+θ_A sin（（2π）/Tt+A）式中:θ_m为俯仰运动的中心位置,θ_A为俯仰运动的振幅,A可以由俯仰运动的初始俯仰角θ₀计算得出。以下是θ₀=15°控制舵无偏转的计算结果:情形一:振荡周期T=1.8s,计算结果给出,在此运动规律下,附加滚转力矩远小于飞行器自身的滚转力矩,由于滚转力矩使滚转角变小,滚转运动是稳定的。情形二:初始振荡周期T=1.8 s,一段时间后,振荡周期在某一时刻由T=1.8 s变为T=0.18s。计算结果给出,在此运动规律下,开始一段时间附加滚转力矩小于飞行器自身的滚转力矩,T=0.18s时附加力矩明显增加,但是仍然远小于滚转力矩,滚转运动会回到稳定位置。情形三:初始振荡周期T=1.8 s,一段时间后,振荡周期在某一时刻由T=1.8 s变为T=0.18s,再经过一段时间,俯仰周期变为T=0.05 s。计算结果给出,在此运动规律下,开始一段时间附加滚转力矩小于飞行器自身的滚转力矩,T=0.18s时附加力矩有所增加,但是仍然远小于滚转力矩,T=0.05 s时附加力矩作用大于滚转力矩;由于附加滚转力矩和自身滚转力矩对飞行器滚转运动的作用是相反的,由相平面图可以看出,滚转运动有可能变成急滚运动。文中给出了不同振荡周期对滚转运动的影响,可以看出,随着俯仰振荡周期的减小,滚转运动回到稳定位置的时间变长,这说明附加力矩对滚转运动起加速作用。更多还原