大型裝備投放分離過程流場計算分析

1、第 4 4 卷 第 3 期 2 0 1 4年 5月 航 空 計 算 技 術 A e r o n a u t i c a lCo mp u t i n gT e c h n i q u eV0 1 ． 4 4N o ． 3Ma v ． 2 01 4大 型裝 備 投 放 分 離過 程 流 場 計算 分 析 易禮毅 ， 張紅英 ， 秦福德 ， 李 方 ， 童 明波 ( 1 ． 南京航空航天大學 航空宇航學院 ， 江蘇 南京 2 1 0

2、 0 1 6 ； 2 ． 中國人 民解放軍 空降兵研 究所 ， 湖北 孝感 4 3 2 1 0 0 )摘 要 ： 空投 系統(tǒng) 出現(xiàn)物傘空 中分 離現(xiàn) 象 ， 而空投 件 離機 姿 態(tài)受飛 機尾 流影 響 可能是造 成安 全 隱患 的重要原 因。運用計算流體動力 學軟件對 某裝備 的空投過程進行 了計 算 ， 模 擬 了裝 備在尾 流 中的動 態(tài)運動過 程 ， 并對結 果作 了分析 ， 得到其在 氣動力、 降落傘拉 力、 重 力作 用下的

3、姿 態(tài)變化 。分析 了空投裝備 各個方向的 受力以及俯仰 力矩 變化 規(guī)律 ， 以可視化 的方式反 映 了裝備在尾 流中的運 動過程 ， 說 明了飛機尾 流對裝 備 的運動有 比較 大的影 響。計算結 果為裝備投放數(shù) 字化仿 真平臺的開發(fā)提供 了數(shù)據(jù) 準備 ， 同時對航天 系統(tǒng) 中大型投 物的投放 如運 載 火箭空 中分 離、大型回收物與載機分 離等 的研 究也有一定參考意 義。關鍵 詞 ： 裝備投放 ； 尾流 ； 仿真 ； 流場 中圖

4、分類號 ： V 2 1 1文獻標識碼 ： A文章編號 ： 1 6 7 1 — 6 5 4 X ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 0 8 1 — 0 4Ca l c u l a t i o na n dAn a l y s i so fF l o w F i e l df o rDe l i v e r yP r o c e s so fLa r g eEq u i p me n tAi r d r o pY IL i — y i

5、， Z H A N GH o n g ． y i n g， Q I NF u ． d e， L IF a n g， T O N GM i n g — b o( 1 ． C o l l e g eo f A e r o s p a c eE n g i n e e r i n g ， N a n j i n gU n i v e r s i t yo fA e r o n a u t i c sa n dA s t r o n a u t

6、 i c s ， N an g2 1 0 0 1 6 ， C h i n a ；2 ． A i r b o r n e I n s t i t u t e ， T h eP， X i a o g a n4 3 2 1 0 0 ， C h i n a )Ab s t r a c t ： P a r a c h u t e—p a y l o a ds e p a r a t i o np h e n o me n o nh a so c

7、 c u r r e ds e v e r a lt i me si na i r d r o ps y s t e m． An dt h ei n f l u e n c ef o ro f— - p l a n ep o s eo fd r o p p i n go b j e c tc a u s e db yt h ew a k eo fc a r r i e da i r c r a f tm a yb ea ni m

8、3; -p o r t a n tr e a s o nt ot h i sp h e n o me n o n ． Ai mi n ga tt h i s ， b ys i mp l i f y i n gt h ea i r d r o ps y s t e m mo d e l ， t h i sp a p e rma k e sac a l c u l a t i o nf o rt h ea i r d r o pp r o

9、 c e s sb yu s i n gt h eC F Dc o d e ． A c c o r d i n gt ot h i s ， t h ep o s t u r ec h a n g e sw i t ht h ee f f e c t so fa e r o d y n a mi c s ， p a r a c h u t et e n s i o na n dg r a v i t yo b t a i n e d；t

10、h ec h a n g er u l e so fa i r d r o pe —q u i p me n ti na l ld i r e c t i o n so ft h ef o r c ea n dt h ep i t c h i n gmo me n t sa r ea n a l y z e da n dt h ed y n a mi cmo t i o np r o c e s so fa na i r d r o p

11、b o d yi nt h ew a k eo fa i r c r a f ti sv i s u a l l ys i mu l a t e d ． F r o m a l lo ft h e s e ， i n d i c a t i n gt h a tt h ew a k eo fa i r c r a f th a sr e l a t i v e l yl a r g ei mp a c tt ot h emo t i

12、o no fa i r d r o pe q u i p me n t ． T h i sp r o v i d ed a t ap r e p —a r a t i o nf ord e v e l o p me n to fd i g i t a ls i mu l a t i o np l a t f o r m o fe q u i p me n ta i r d r o p ． Al s o ， i tma k e sc e

13、 r t a i nr e f e r —e n c ev a l u et ol a g e ra e r o s p a c ea i r d r o pa c t i v i t i e s ， s u c ha st h er o c k e ta i rl a u n c ha n dt h el a r g er e c y c l e do b j e c ts e p a r a t i o nf r o m c a

14、ri e da i r c r a ft ．Ke ywo r d s ： e q u i p me n ta i r d r o p； w a k e； s i mu l a t i o n； f l o wf i e l d引 言 長期以來 ， 大、 中型空投物與 載機 的分 離安全 問 題 ， 一直是工程實際應用 中的首要問題 。如 ， 大型航天 器 回收系統(tǒng)空投試驗 時， 載機 的安全性是需要重點考 慮的問題 ； 機載空射運載火箭

15、 的大質量大尺寸 的空投 過程對機箭的安全分離帶來很大難度 ； 以及武器裝備 和彈藥的隨隊空投問題 ， 尤其是重型裝備的空投 ， 更是 檢驗空降作戰(zhàn)戰(zhàn)斗力的一個重要標準。因此 ， 大型裝 備投放分離過程的流場計算分析是航天航空技術研究 的關鍵技術之一。歐美 國家將現(xiàn)代精 確制導技術 和控制技術相 結 合 ， 比 如 全 球 定 位 系 統(tǒng) ( G l o b a lP o s i t i o n i n gS y s t e m，G P

16、 S ) ， 研制出了多用途 、 自動化、 高精度 的空投 系統(tǒng) 。如美 國的精確空投 系統(tǒng) ( P r e c i s i o nA e r i a lD e l i v e r yS y s —t e n， P A D S ) 、 半剛性可展開翼精確空投系統(tǒng) ， 加拿大的 “ 雪雁” 精確空投 系統(tǒng) ， 德 國的“ S L G—S Y S ” 自主滑翔 傘降系 統(tǒng) 等?。 目前 ， 國外 在 特 定 機 型 單 個 重 型 投物空投