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基于多面体重叠网格的多体分离计算分析

气体物理 2024年第1期9卷 36-44页

作者：严晓雪牛健平许云涛李长文北京机电工程研究所北京100074 北京航空航天大学北京100191

分离问题在航空航天领域频繁出现,对各类运载火箭、飞行器等完成任务使命至关重要,并事关主体/分离体的安全。基于带边界层加密的多面体网格、重叠网格和刚体六自由度运动方程,利用CFD数值模拟方法,对某标模外形开展了多体分离数值模拟... 详细信息

分离问题在航空航天领域频繁出现,对各类运载火箭、飞行器等完成任务使命至关重要,并事关主体/分离体的安全。基于带边界层加密的多面体网格、重叠网格和刚体六自由度运动方程,利用CFD数值模拟方法,对某标模外形开展了多体分离数值模拟,研究了不同初始弹射力对多体分离安全性的影响,从纵向和横航向两方面分析了标模的分离特性及与弹射力的关系,对工程研究有一定的参考作用。

关键词：多体分离多面体网格重叠网格 CFD数值模拟

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跨介质航行器多体分离特性分析

水下无人系统学报 2024年第1期32卷 152-157页

作者：汪帅董萌王升中国船舶集团有限公司第705研究所陕西西安710077 海装驻西安地区第一军事代表室陕西西安710077

结合计算流体力学数值仿真和动力学模型仿真对跨介质航行器水下分离舱张开特性进行了研究,重点分析了分离舱在分离前后不同状态下所受的流体动力。分析结果表明:1)在合适外形下,分离舱可仅在水动力作用下完成与航行器的分离;2)分离舱受... 详细信息

结合计算流体力学数值仿真和动力学模型仿真对跨介质航行器水下分离舱张开特性进行了研究,重点分析了分离舱在分离前后不同状态下所受的流体动力。分析结果表明:1)在合适外形下,分离舱可仅在水动力作用下完成与航行器的分离;2)分离舱受力主要受张开角大小及张开角速度影响,不同张开角下的分离力矩产生主要机制不同,小张开角时分离舱张开主要依靠外表面分离区低压所产生的内外压差,流体力矩主要依靠分离舱前段产生,大张开角时则主要依靠水流冲击引起的法向力,力矩主要依靠分离舱中后段产生;3)分离舱张开角较小时分离舱所受流体阻尼力矩极大,导致分离初始阶段分离舱难以迅速张开,随着张开角变大,流体阻尼力矩系数逐渐减小,分离舱张开角速度迅速变大。因此,在设计分离舱水下分离时,应设计合适外形和分离方式来降低分离舱初始流体阻尼力矩。

关键词：跨介质航行器水下分离多体分离分离舱

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高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案

北京航空航天大学学报 2023年第7期49卷 1630-1638页

作者：富佳伟王辰沈阳飞机设计研究所沈阳110035

为解决蜂群突防能力弱、作战半径小的弱点,加快形成分布式协同作战的平台级能力,提出一种弹携式蜂群无人机作战系统,利用导弹载体内埋搭载多架小型低成本无人机,通过导弹-蜂群多级运载的战术制定,实现蜂群的快速有利部署。采用兼顾总体... 详细信息

为解决蜂群突防能力弱、作战半径小的弱点,加快形成分布式协同作战的平台级能力,提出一种弹携式蜂群无人机作战系统,利用导弹载体内埋搭载多架小型低成本无人机,通过导弹-蜂群多级运载的战术制定,实现蜂群的快速有利部署。采用兼顾总体相容性的气动布局优化设计技术,综合运用布局选型、数值仿真分析及风洞试验验证,完成一种高致密嵌入式的蜂群布局方案设计,依靠对翼面折叠的小型无人机沿集束柱周向布置的内埋措施,可实现单枚导弹搭载80架小型蜂群无人机的运载能力。针对导弹-蜂群高速多体分离的设计难点,采用优化的分离策略设计,基于改进延迟分离涡模拟方法及重叠网格技术进行蜂群多体分离仿真,结果能够满足蜂群无人机的安全分离。最终的设计方案既保证了蜂群多体量饱和式攻击的作战效能,又实现了系统突防能力和续航能力的显著提升,可满足未来强对抗战场的多种作战使用需求。

关键词：蜂群弹携式多级运载总体相容性布局设计多体分离

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多体分离中初始扰动发展模式的理论分析研究

航空学报 2023年

作者：魏斌斌高永卫孙博张亚龙胡淑玲郝礼书西北工业大学航空学院西安交通大学航天航空学院

本文以载机-无人机分离系统为研究对象，基于六自由度运动方程，首次建立了初始扰动发展理论分析模型，得到了扰动幅值发展的显式表达，并首次给出了扰动分布的发展模式。研究表明：在对建立的理论分析模型进行求解时，对加速度/角加速... 详细信息

本文以载机-无人机分离系统为研究对象，基于六自由度运动方程，首次建立了初始扰动发展理论分析模型，得到了扰动幅值发展的显式表达，并首次给出了扰动分布的发展模式。研究表明：在对建立的理论分析模型进行求解时，对加速度/角加速度在初始时刻进行三阶Taylor展开即可对扰动发展模式进行准确描述。扰动幅值在速度扰动方向上以线性增长模式为主导，增长率为速度初始扰动的标准差；扰动幅值在其他方向上呈非线性增长模式。扰动施加方向上的分布发展基本模式是初始分布；在其他方向上，加速度/角加速度在初始时刻的Taylor展开零阶项与初始分布一致，但高阶项显著偏离初始分布，随着时间的推进，高阶项逐渐主导整体的扰动分布，并致其逐渐偏离初始分布。

关键词：多体分离初始扰动扰动发展理论蒙特卡罗打靶无人机

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高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案研究

北京航空航天大学学报 2022年

作者：富佳伟王辰沈阳飞机设计研究所

为解决蜂群突防能力弱、作战半径小的弱点，加快形成分布式协同作战的平台级能力，提出了一种弹携式蜂群无人机作战系统，利用导弹载体内埋搭载多架小型低成本无人机，通过导弹-蜂群多级运载的战术制定，实现蜂群的快速有利部署。采用... 详细信息

为解决蜂群突防能力弱、作战半径小的弱点，加快形成分布式协同作战的平台级能力，提出了一种弹携式蜂群无人机作战系统，利用导弹载体内埋搭载多架小型低成本无人机，通过导弹-蜂群多级运载的战术制定，实现蜂群的快速有利部署。采用兼顾总体相容性的气动布局优化设计技术，综合运用布局选型、数值仿真分析以及风洞试验验证，完成了一种高致密嵌入式的蜂群布局方案设计，依靠对翼面折叠的小型无人机沿集束柱周向布置的内埋措施，可实现单枚导弹搭载80架小型蜂群无人机的运载能力。针对导弹-蜂群高速多体分离的设计难点，采用优化的分离策略设计，基于改进延迟分离涡模拟（IDDES）方法以及重叠网格技术进行蜂群多体分离仿真，结果能够满足蜂群无人机的安全分离。最终的设计方案既保证了蜂群多体量饱和式攻击的作战效能，又实现了系统突防能力和续航能力的显著提升，可满足未来强对抗战场的多种作战使用需求。

关键词：蜂群弹携式多级运载总体相容性布局设计多体分离

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多体分离抛撒初条件与分离特征参数

宇航学报 2005年第2期26卷 140-142页

作者：杨益农贾区耀北京空气动力研究所北京100074

多次风洞自由飞多体分离抛撒实验均证实了被抛撒物运动初条件对抛离成功与否有决定性影响;为此可采取"戴帽"措施;但数值计算结果与此相反,因而需深入开展研究,解决问题。常规形式的风洞测力方法,无法模拟各分离体之间很大的相对速度。... 详细信息

多次风洞自由飞多体分离抛撒实验均证实了被抛撒物运动初条件对抛离成功与否有决定性影响;为此可采取"戴帽"措施;但数值计算结果与此相反,因而需深入开展研究,解决问题。常规形式的风洞测力方法,无法模拟各分离体之间很大的相对速度。分离过程中"特征时间"是很小的,因而风洞实验以及数值计算必须计及非常小的"特征时间"所反映的非定常气动力。多体分离的实践表明,至少在快速分离过程中运动动力学相似是必需的。

关键词：风洞自由飞实验气动数值计算多体分离

吸气式高超声速飞行器多体分离流动特性及机理的数值研究

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吸气式高超声速飞行器多体分离流动特性及机理的数值研究

作者：董楠华中科技大学

学位级别：硕士

临近空间吸气式高超声速飞行器具有飞行速度快、机动能力强、打击精度高等优点,在国防军事及民用航空领域等方面具有广阔的应用前景。作为临近空间高超声速飞行器的关键技术之一,高马赫数大动压下的多体分离复杂流动干扰及机理一直是研... 详细信息

临近空间吸气式高超声速飞行器具有飞行速度快、机动能力强、打击精度高等优点,在国防军事及民用航空领域等方面具有广阔的应用前景。作为临近空间高超声速飞行器的关键技术之一,高马赫数大动压下的多体分离复杂流动干扰及机理一直是研究的热点。由于试验研究存在难度大、研制费用昂贵、周期长等困难,迫切需要发展一种高精度、强鲁棒性的数值仿真方法来深入研究高马赫数大动压情况下(尤其是存在复杂约束条件)的多体分离复杂非定常流动现象及气动特性,为飞行器总体及分离系统设计提供重要支撑。本文首先通过二维简化模型,建立了一套考虑多体复杂约束和分离时序的多体分离模拟方法,该方法具有良好的鲁棒性和可靠性;定性地研究了整流罩运动过程中的复杂内外流耦合机理:分离过程中不仅出现了强烈的波系干扰以及激波扫掠,还出现了“溢流”现象,影响了内流道流动;通过分析解锁角度对各部件的运动及受力的影响规律确定了合理的解锁角度(40°)。随后基于二维研究,针对三维外形开展了两种不同分离时序的整流罩/级间分离模拟研究,揭示了分离过程中流场的演变规律和内外流流动干扰机理,定量分析了各部件的力学特性、运动特性以及分离部件对于飞行器的干扰特性。研究表明,高超声速飞行器多体分离过程中,由于各部件相对位置不断变化,分离时会出现运动着的激波/激波干扰、激波/边界层干扰、大尺度流动分离等复杂的流场,冲压发动机内流道可能出现强烈的压力震荡现象。同时,作动筒及整流罩约束的作用力不仅显著影响了运动规律,也使得飞行器受到瞬时冲击载荷。相比于整流罩与助推级同时分离的情况,先分离助推级再分离整流罩的方案(顺序分离)可以显著降低了巡航级所受的干扰时间(165 ms)和巡航级各项干扰量的峰值(降幅最大达39%)。

关键词：吸气式高超声速飞行器数值模拟多体分离重叠网格内外流干扰

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多体分离风洞自由飞试验

空气动力学学报 2016年第5期34卷 581-586页

作者：蒋增辉宋威贾区耀陈农中国航天空气动力技术研究院北京100074

根据作者多年从事多体分离风洞自由飞试验的经验,对多体分离风洞自由飞试验技术的原理及特点、相似准则、试验装置等技术要点作了介绍,并根据技术特点及应用领域的不同对其进行了分类,对不同类型多体分离风洞自由飞试验的特点作了详细描... 详细信息

根据作者多年从事多体分离风洞自由飞试验的经验,对多体分离风洞自由飞试验技术的原理及特点、相似准则、试验装置等技术要点作了介绍,并根据技术特点及应用领域的不同对其进行了分类,对不同类型多体分离风洞自由飞试验的特点作了详细描述,并给出了不同类型实例的试验图像及分离体飞行轨迹曲线。

关键词：多体分离风洞自由飞试验级间分离子母弹抛撒

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基于动态混合网格的多体分离数值模拟方法

空气动力学学报 2011年第4期29卷 447-452页

作者：段旭鹏常兴华张来平空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所四川绵阳621000

在以往发展的动态混合网格技术的基础上,耦合六自由度运动方程计算和非定常流场计算,建立了一种多体分离问题的非定常数值模拟方法。首先采用刚体运动的六自由度运动方程,建立刚体运动轨迹计算模块,然后以该模块为纽带将以往建立的非定... 详细信息

在以往发展的动态混合网格技术的基础上,耦合六自由度运动方程计算和非定常流场计算,建立了一种多体分离问题的非定常数值模拟方法。首先采用刚体运动的六自由度运动方程,建立刚体运动轨迹计算模块,然后以该模块为纽带将以往建立的非定常计算方法与改进的基于Delaunay背景网格插值方法和局部网格重构方法相结合的动态混合网格生成方法耦合起来,形成了精度较高、效率较快的多体分离数值模拟方法。利用该方法对典型多体分离问题进行了数值模拟,计算结果与风洞实验结果吻合较好。

关键词：动态混合网格非定常流动六自由度多体分离