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DSMC与桥函数方法在远程弹箭过渡区气动力计算中的应用研究

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DSMC与桥函数方法在远程弹箭过渡区气动力计算中的应用研究

作者：张利南京理工大学

学位级别：硕士

根据高空飞行器不同飞行高度上大气的稀薄程度,可将其飞行高度分为三大区域,即低空稠密大气中的连续流区、高空极低密度的自由分子流区以及位于这两个区域之间的过渡流区,衡量气体稀薄程度的参数则是克努森数Kn。连续流区气动力系数的... 详细信息

根据高空飞行器不同飞行高度上大气的稀薄程度,可将其飞行高度分为三大区域,即低空稠密大气中的连续流区、高空极低密度的自由分子流区以及位于这两个区域之间的过渡流区,衡量气体稀薄程度的参数则是克努森数Kn。连续流区气动力系数的计算方法是基于连续介质模型,而在稀薄气体中连续介质模型不再成立,基于连续流基本方程的流动求解方法不再有效。目前,远程弹箭的弹道高度可达到80km,甚至80km以上,远程弹箭长时间在过渡流区飞行,因此,建立过渡流区气动力系数计算模型对远程弹箭的研究有重要意义,而将DSMC数值模拟技术与桥函数方法相结合是一种行之有效的方案。本文首先研究了DSMC模拟方法所用到的数学模型,包括分子间的碰撞模型及两分子碰撞后速度的求解公式、分子物面相互作用模型、碰撞对的选取等,同时也给出了它们在DSMC模拟中的实现办法。并利用DSMC程序对几种简单外形物体在不同马赫数和不同克努森数下的绕流流场进行了模拟计算。其次,为了在工程设计初始阶段快速计算远程弹箭在过渡区的气动力系数,提出了一种工程估算方法——桥函数法。本文结合DSMC模拟结果,构造了sine-squared和erflog两种桥函数,分析了它们在过渡区气动力系数计算方面的适用性问题。数值计算表明,sine-squared和erf-log均能较好地计算过渡区气动力系数,而erf-log桥函数中的待定参数依赖于DSMC的模拟结果,计算不够快捷方便,因此本文选择sine-squared桥函数计算远程弹箭在过渡区的气动力系数。最后,基于sine-squared桥函数,建立了某远程弹箭过渡区气动力系数桥函数一体化计算模型,并利用三维球单锥的DSMC模拟结果验证了该模型的可行性,然后利用该模型对远程弹箭在过渡区的气动力系数进行了计算和分析。分析表明稀薄气体效应对过渡区的气动力特性有很大的影响,随着稀薄效应的增强,弹箭的升力、阻力和俯仰力矩系数都有明显地增加,升阻比则会减小,压心位置向前移动。

关键词：远程弹箭稀薄流动 DSMC方法气动力系数桥函数方法

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高空远程弹箭精确弹道模型

弹道学报 2008年第4期20卷 8-11页

作者：李臣明舒敬荣中国人民解放军炮兵学院南京分院南京211132 中国人民解放军炮兵学院二系合肥230031

针对高空远程弹箭,研究了地球为椭球体时的重力偏心.在已有弹道模型的基础上,全面考虑了重力偏心、重力加速度随高度与纬度的变化、地表曲率、柯氏惯性力、雷诺数随高度的变化等"小量"对弹道的影响,建立了适合高空远程弹箭的精确弹道数... 详细信息

针对高空远程弹箭,研究了地球为椭球体时的重力偏心.在已有弹道模型的基础上,全面考虑了重力偏心、重力加速度随高度与纬度的变化、地表曲率、柯氏惯性力、雷诺数随高度的变化等"小量"对弹道的影响,建立了适合高空远程弹箭的精确弹道数学模型,并与低空条件下不考虑以上因素的情况进行了对比分析.结果表明,考虑了重力偏心等因素的影响后计算射程与不考虑的情况下差别较明显,以往忽略或简化的"小量"在高空远程条件下对弹道产生的影响不容忽视.

关键词：高空弹道远程弹箭重力偏心精确模型

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高空气动特性对远程弹箭弹道的影响研究

系统仿真学报 2007年第5期19卷 990-992页

作者：李臣明韩子鹏孔建国解放军炮兵学院南京分院江苏南京211132 南京理工大学动力工程学院江苏南京210094

为了考察远程弹箭高空条件下的弹道特性,推导了远程火箭在高空稀薄气体中的阻力系数表达式,对阻力系数在稀薄大气中随马赫数与攻角的变化进行了计算分析。提出在高空弹道计算中应考虑稀薄大气的影响,把整个弹道分成稠密段、过渡段和稀... 详细信息

为了考察远程弹箭高空条件下的弹道特性,推导了远程火箭在高空稀薄气体中的阻力系数表达式,对阻力系数在稀薄大气中随马赫数与攻角的变化进行了计算分析。提出在高空弹道计算中应考虑稀薄大气的影响,把整个弹道分成稠密段、过渡段和稀薄段三部分,全弹道的阻力系数与各段对应使用。仿真结果表明,稀薄气体中的阻力系数比稠密大气中的大,采用复合阻力系数进行弹道计算比完全采用稠密大气中的阻力系数计算更符合实际。

关键词：稀薄气体动力学高空弹道远程弹箭分子运动论

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高空条件下远程弹箭的弹道特性计算分析

弹道学报 2007年第1期19卷 21-23,54页

作者：李臣明中国人民解放军炮兵学院南京分院南京211132

为研究高空条件下远程弹箭的弹道特性,基于稀薄气体动力学的分子运动论初步推导了远程火箭在高空稀薄气体中的阻力系数表达式,计算分析了在稀薄气体中阻力系数随马赫数和攻角的变化.提出了远程弹箭的弹道计算中应考虑高空稀薄气体的影响... 详细信息

为研究高空条件下远程弹箭的弹道特性,基于稀薄气体动力学的分子运动论初步推导了远程火箭在高空稀薄气体中的阻力系数表达式,计算分析了在稀薄气体中阻力系数随马赫数和攻角的变化.提出了远程弹箭的弹道计算中应考虑高空稀薄气体的影响,全弹道阻力系数应兼顾稠密大气与稀薄大气中的阻力系数结合使用.计算结果表明,当攻角与马赫数相同时,阻力系数随着弹道高度的增加而增大,稀薄空气中阻力系数大于稠密空气中阻力系数,采用稠密大气与稀薄大气数据结合使用的阻力系数计算得到的射程小于完全采用稠密大气中阻力系数计算得到的射程.

关键词：弹道远程弹箭稀薄气体动力学

100km以下风场对远程弹箭运动的影响研究

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兵工学报 2007年第10期28卷 1169-1172页

作者：李臣明张微韩子鹏解放军炮兵学院南京分院江苏南京211132 南京理工大学动力工程学院江苏南京210094

在p坐标系中建立了100 km高度范围内自由大气风场的计算模型,根据Nimbus-7卫星探测器(SAMS)温度数据,利用热成风公式对100 km以下的风场进行了计算分析,与某火箭探空实测数据的对比曲线显示:计算风场与火箭实测风的分布规律基本一致,说... 详细信息

在p坐标系中建立了100 km高度范围内自由大气风场的计算模型,根据Nimbus-7卫星探测器(SAMS)温度数据,利用热成风公式对100 km以下的风场进行了计算分析,与某火箭探空实测数据的对比曲线显示:计算风场与火箭实测风的分布规律基本一致,说明根据卫星探测温度数据,在p坐标系中利用热成风公式计算高空风场的方法是可行的。以某远程火箭为对象进行的对比计算结果表明,受高空风的影响,远程弹箭的射程差与侧偏都很大。

关键词：流体力学应用气象学外弹道学高空风场远程弹箭地转风热成风

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雷诺数随高度的变化对远程弹箭射程的影响

火力与指挥控制 2009年第5期34卷 111-114页

作者：朱志军潘书山国营772厂军代室江苏南京210016

研究了雷诺数在0 km^80 km高度范围内随高度的变化,计算分析了由于雷诺数随高度的变化而引起的阻力系数的变化,然后,以某型远程火箭为对象对弹道进行了对比计算。计算结果表明,雷诺数随着高度的增加下降明显,阻力系数随着高度的增加而变... 详细信息

研究了雷诺数在0 km^80 km高度范围内随高度的变化,计算分析了由于雷诺数随高度的变化而引起的阻力系数的变化,然后,以某型远程火箭为对象对弹道进行了对比计算。计算结果表明,雷诺数随着高度的增加下降明显,阻力系数随着高度的增加而变大,雷诺数随高度的变化对射程的影响较大。研究结果说明,对于远射程大弹道高的弹箭飞行,雷诺数随高度的变化不容忽视。

关键词：雷诺数远程弹箭高空弹道

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不同标准大气对远程弹箭射程影响的计算分析

弹箭与制导学报 2006年第2期26卷 150-152页

作者：李臣明朱国权韩子鹏张邦楚舒敬荣南京理工大学动力工程学院南京210094 九江市浔阳东路198号九江332000

对我国部分实测高空大气数据与1976年美国标准大气进行了对比分析,初步探讨了我国30～60km实际大气的计算方法,通过与1976年美国标准大气、1959年苏联标准大气、1964年苏联标准大气以及我国某实测高空气象数据的比较,证明了该方法的可... 详细信息

对我国部分实测高空大气数据与1976年美国标准大气进行了对比分析,初步探讨了我国30～60km实际大气的计算方法,通过与1976年美国标准大气、1959年苏联标准大气、1964年苏联标准大气以及我国某实测高空气象数据的比较,证明了该方法的可行性及不同标准大气之间存在着显著差别.计算结果表明,高空条件下不同标准大气对远程弹箭射程的影响很大.研究的结果对于远程弹箭的作战使用具有一定的参考价值.

关键词：标准大气远程弹箭射程