窄条翼导弹俯仰机动中滚转失稳及其控制过程

doi:10.7527/S1000-6893.2016.0101

气动/运动耦合数值模拟研究

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窄条翼导弹俯仰机动中滚转失稳及其控制过程

王晓冰, 赵忠良, 李浩, 达兴亚, 陶洋

中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所, 绵阳 621000

收稿日期:2016-02-16 修回日期:2016-03-28 出版日期:2016-08-15 发布日期:2016-04-12
通讯作者: 赵忠良,Tel.:0816-2462109。E-mail:zzzhao_cardc@sina.com E-mail:zzzhao_cardc@sina.com
作者简介:王晓冰,男,硕士,助理工程师。主要研究方向:非定常空气动力学。Tel.:0816-2462544。E-mail:wangxbice@163.com;赵忠良,男,硕士,研究员,硕士生导师。主要研究方向:非定常空气动力学。Tel.:0816-2462109。E-mail:zzzhao_cardc@sina.com
基金资助:
国家自然科学基金（91216203，11372336，11532016）

Roll instability and control during pitching maneuver for a missile with strake wings

WANG Xiaobing, ZHAO Zhongliang, LI Hao, DA Xingya, TAO Yang

High Speed Aerodynamics Institute, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, China

Received:2016-02-16 Revised:2016-03-28 Online:2016-08-15 Published:2016-04-12
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (91216203, 11372336, 11532016)

摘要/Abstract

摘要：

窄条翼布局导弹通常具有复杂的横向气动特性，在大迎角飞行及快速机动中很容易诱发出现滚转非指令偏离和连续振荡，可能导致飞行失控，影响落点精度。为了研究窄条翼导弹俯仰快速机动对滚转失稳的诱发过程及滚转失稳对俯仰机动控制效果的影响，并验证三通道解耦控制方法的有效性，针对典型俯仰机动过程，分别利用2.4 m跨声速风洞虚拟飞行试验平台和耦合气动/运动/控制的一体化数值计算方法开展了相关研究。结果表明，风洞试验和数值模拟均成功预测了俯仰拉起和保持过程中的滚转自激失稳运动及其引起的纵、横向耦合运动，针对该机动过程，三通道解耦控制方法能够有效抑制滚转运动，保持姿态稳定。

关键词: 窄条翼导弹, 滚转失稳, 虚拟飞行, 风洞试验, 数值模拟, 闭环控制

Abstract:

The aerodynamic characteristics in roll of the missile with strake wings are always complicated, which can easily cause the non-directive deviation and oscillation and may lead to losing control of flight and impairing target accuracy. Investigations using the virtual flight testing system in 2.4 m transonic wind tunnel are conducted to study the interplay of roll instability and the longitudinal closed-loop control, and numerical simulation is also performed using the integrative method by aerodynamic/motion/control coupling. The results show that both wind tunnel test and numerical simulation predict the non-directive rolling motion and the pitch/roll coupled motion and prove that the decoupled control method can effectively inhibit the rolling motion and maintain a steady flight.

Key words: missile with strake wings, roll instability, virtual flight, wind tunnel test, numerical simulation, closed-loop control

中图分类号:

V211.7

王晓冰, 赵忠良, 李浩, 达兴亚, 陶洋. 窄条翼导弹俯仰机动中滚转失稳及其控制过程[J]. 航空学报, 2016, 37(8): 2517-2524.

WANG Xiaobing, ZHAO Zhongliang, LI Hao, DA Xingya, TAO Yang. Roll instability and control during pitching maneuver for a missile with strake wings[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(8): 2517-2524.

参考文献

[1] ALLEN J M. Aerodynamics of an axisymmetric missile concept having cruciform strakes and in-line tail fins from Mach 0.60 to 4.63:NASA/TM-2005-213541[R]. Washington, D.C.:NASA, 2005.
[2] 达兴亚, 赵忠良, 陶洋. 窄条翼导弹模型摇滚特性试验研究[J]. 实验流体力学, 2012, 26(6):40-43. DA X Y, ZHAO Z L, TAO Y. Experimental investigation on free-to-roll motion of strake missile[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2012, 26(6):40-43(in Chinese).
[3] RATLIFF C L, MARQUART E J. Bridging the gap between ground and flight tests:Virtual flight testing (VFT):AIAA-1995-3875[R]. Reston:AIAA, 1995.
[4] RATLIFF C L, MARQUART E J. An assessment of a potential test technique:Virtual flight testing (VFT):AIAA-1995-3415[R]. Reston:AIAA, 1995.
[5] GEBERT G, KELLY J, LOPEZ J. Wind tunnel based virtual flight testing:AIAA-2000-0829[R]. Reston:AIAA, 2000.
[6] PATTINSON J, LOWENBERG M H. A multi-degree-of-freedom rig for the wind tunnel determination of dynamic data[C]//AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. Reston:AIAA, 2009.
[7] 杨小亮. 飞行器多自由度耦合摇滚运动数值模拟研究[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2012:17-21. YANG X L. Numerical investigation of aircraft rock in multiple degrees of freedom[D]. Changsha:National University of Defense Technology, 2012:17-21(in Chinese).
[8] 赵忠良, 吴军强, 李浩, 等. 2.4 m跨声速风洞虚拟飞行试验技术研究[J]. 航空学报, 2016, 37(2):504-512. ZHAO Z L, WU J Q, LI H, et al. Investigations of virtual flight testing technique based on 2.4 m transonic wind tunnel[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(2):504-512(in Chinese).
[9] 李浩, 赵忠良, 陶洋. 风洞虚拟飞行试验模拟方法研究[J]. 实验流体力学, 2011, 25(6):72-76. LI H, ZHAO Z L, TAO Y. Simulation method for wind tunnel based virtual flight testing[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2011, 25(6):72-76(in Chinese).
[10] 阎超. 计算流体力学方法及应用[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2006:18-25. YAN C. The methodology and application of computational fluid dynamics[M]. Beijing:Beihang University Press, 2006:18-25(in Chinese).
[11] SCHULTE A, EINARSSON G, RAICHLE A, et al. Numerical simulation of maneuvering aircraft by aerodynamic, flight mechanics and structural mechanics coupling:AIAA-2007-1070[R]. Reston:AIAA, 2007.
[12] SCHWARZ T. RANS simulations with one and six degrees of freedom rigid body motions[J]. New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics VI, 2007, 96:176-185.
[13] ALLAN M R, BADCOCK K J, RICHARDS B E. Numerical CFD based simulation of longitudinal flight mechanics with control[C]//Proceedings of the 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston:AIAA, 2005.
[14] JOHN P D, JAMES D C, DAVID J B, et al. High resolution CFD simulation of maneuvering aircraft using the CREATE-AV/Kestrel solver:AIAA-2011-1109[R]. Reston:AIAA, 2011.
[15] DAVID R M, DAVID R S, TODD R T, et al. Aerodynamic control surface implementation in Kestrel v2.0:AIAA-2011-1175[R]. Reston:AIAA, 2011.
[16] SCOTT A M, TIMOTHY A E, STEVEN L, et al. Relative motion simulation using an overset multimesh paradigm with Kestrel v3:AIAA-2012-0712[R]. Reston:AIAA, 2012.
[17] SAHU J, HEAVEY K R. Parallel CFD computations of projectile aerodynamics with a flow control mechanism[J]. Computers & Fluids, 2013, 88(12):678-687.
[18] 陶洋, 范召林, 吴继飞. 基于CFD的方形截面导弹纵向虚拟飞行模拟[J]. 力学学报, 2010, 42(2):169-176. TAO Y, FAN Z L, WU J F. CFD based virtual flight simulation of square crosssection missile with control in longitudinal flight[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2010, 42(2):169-176(in Chinese).
[19] 达兴亚, 陶洋, 赵忠良. 基于预估校正和嵌套网格的虚拟飞行数值模拟[J]. 航空学报, 2012, 33(6):977-983. DA X Y, TAO Y, ZHAO Z L. Numerical simulation of virtual flight based on prediction-correction coupling method and chimera grid[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2012, 33(6):977-983(in Chinese).
[20] 席柯, 袁武, 阎超, 等. 基于闭环控制的带翼导弹虚拟飞行数值模拟[J]. 航空学报, 2014, 35(3):634-642. XI K, YUAN W, YAN C, et al. CFD based virtual flight simulation of the basic finner projectile with closed loop[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2014, 35(3):634-642(in Chinese).

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[1]	孙朋朋, 刘平安, 樊枫, 曾伟. 悬停状态共轴刚性旋翼机身气动干扰特性[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529284-529284.
[2]	王畅, 何龙, 徐栋霞, 唐敏, 马率, 吴希明. 共轴刚性旋翼桨毂流动控制减阻研究[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529084-529084.
[3]	张卫国, 唐敏, 武杰, 彭先敏, 章贵川, 聂博文, 王亮权, 李超群. 倾转旋翼机风洞试验综述[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 530114-530114.
[4]	聂博文, 王亮权, 黄志银, 何龙, 杨仕鹏, 颜鸿涛, 章贵川. 复合式高速无人直升机飞行动力学建模与控制策略设计[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529848-529848.
[5]	刘柳, 向先宏, 张宇飞, 陈海昕, 魏闯, 朱剑, 杨普. 一种高升阻比非常规翼身融合燕尾气动布局[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 629630-629630.
[6]	李海星, 周峰, 颜巍, 白峰, 赵克良. 砂纸冰对民机平尾气动特性的影响[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128657-128657.
[7]	李学良, 李创创, 苏伟, 吴杰. 分布式粗糙元对高超声速边界层不稳定性的影响试验[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128627-128627.
[8]	赖江, 范召林, 王乾, 董思卫, 童福林, 袁先旭. 高超声速有攻角锥裙直接数值模拟[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128610-128610.
[9]	刘宇, 秦梦婕, 王强, 易贤. 含盐海水飞沫的结冰风洞试验相似准则[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729297-729297.
[10]	杨秋明, 朱永峰, 陈华伟, 刘晓林. 镂空图案化电加热组件防冰性能试验研究[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729334-729334.
[11]	高世琦, 丁博, 解旭祯, 李铮, 陈林, 钱首元, 焦子涵, 白光辉. 等离子体激励在高速流动中的减阻机制[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729373-729373.
[12]	张鸿健, 张晏鑫, 熊建军, 赵照, 冉林, 易贤. 冰层中相控阵超声波束传播特性的数值模拟[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729289-729289.
[13]	许岭松, 吴渊, 朱东宇, 张付昆, 刘昱. FL⁃61结冰风洞翼型俯仰振荡机构研制[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729296-729296.
[14]	傅亚陆, 袁先旭, 刘朋欣, 余明. 可压缩壁湍流热力学量统计特性分析[J]. 航空学报, 2023, 44(9): 127217-127217.
[15]	金毅, 孙姝, 郭赟杰, 谭慧俊, 张悦. 超声速可调进气道内流双解现象及其节流特性[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 127134-127134.