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摘要本课题主要通过数值模拟的手段研究旋转弹箭的阻力特性。数值离散采用基于非结构网格的有限体积格式，空间离散为二阶精度迎风AUSM 分裂格式，采用 Spalart-Allmaras（S-A）湍流模型模拟湍流对流场结果的影响，利用旋转坐标系模拟弹箭旋转对计算结果的影响。本文首先针对NACA0012、RAE2822、onera M6 模型，进行了数值模拟，并将计算结果与参考结果进行了对比，结果基本一致，表明本文所采用的技术具有较高的可靠性。之后，本文针对超声速旋转弹丸 M910 进行了数值模拟，并将计算结果与实验结果进行了对比，结果表明，对于旋转弹箭的阻力预测，数值模拟方法是可行的。27120
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毕业论文关键词 数值模拟 高速旋转弹丸 气动特性 有限体积法
Title CFD Computation of Aerodynamic Characteristics of a Supersonic Spinning Projectile
Abstract
The topic of this paper is mainly about the prediction of the drag characteristics
of a supersonic spinning projectile by means of numerical simulations. The finite
volume scheme is used for numerical discretion based on the unstructured mesh,the
space discretion is second order accuracy AUSM upwind scheme,the
Spalart-Allmaras(S-A) turbulence model is used to simulate the influence of the
turbulent and the rotating coordinate system is used to simulating the influence
of rotating of spinning projectile.Firstly,get the results of numerical
simulation for NACA0012,RAE2822 and onera M6 models.Compare the result with the
reference value ,and they are almost consistent.It shows that the technology of
this paper is reliable .After that,for the supersonic spinning projectile M910,the
value of numerical simulation is compared with experiment and get a good
results.Because of this ,we know that the numerical simulation is suit for the
spinning projectile.
Keywords Numerical Simulation Supersonic Spinning Projectile Aerodynamic Characteristics Finite volume scheme
目 次
1 绪论1
1.1 课题研究背景及意义1
1.2 国内外研究概况及未来发展趋势2
1.3 本论文的主要工作内容3
2 网格生成与计算方法5
2.1 网格生成5
2.2 计算方法9
3 二文/三文定常流场算例分析17
3.1 二文 NACA0012 模型17
3.2 二文 RAE2822 模型20
3.3 三文 onera M6 模型22
4 超声速旋转弹箭 M910算例26
4.1 旋转坐标系下的控制方程26
4.2 旋转坐标系设置27
4.3 计算模型27
4.4 计算结果与分析29
结 论34
致 谢35
参考文献36
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
超声速旋转弹箭是本文的主要研究对象，弹丸旋转有利于其稳定飞行。由于翻转力矩的
作用，弹丸在飞行过程中攻角增大，发生翻转，从而导致飞行距离不足，弹尾先着地，达不
到预定的打击目的。因此可以通过刻有一定缠度的膛线的炮管内壁，使得发射出的弹丸具有
一定的旋转速度，只要转速高于某个值，弹轴将不会因翻转力矩的作用翻转，而是围绕某个
平均位置旋转与摆动[1]
。这样的弹丸具有陀螺稳定性，该特性使得弹轴方向变化很小，以此
对弹丸进行简单的控制，增强目标命中的精度。弹丸气动参数设计既是超声速旋转弹箭设计
的重点，更是一个难点。特别是在弹丸跨声速飞行时，飞行速度与声速相近，气流不稳定造
成了各种特性变化剧烈且不稳定，各种如音爆等的现象时有发生。此外，在射表编拟和弹道
仿真过程中，影响弹道计算精度的条件也包括作用在弹丸上的空气动力和力矩。 因此，准确
得到旋转弹箭的气动特性参数是十分必要的。
计算流体力学（简称 CFD）是一门较新的学科，它将经典流体力学和数值计算方法很好