[發明專利]一種導彈彈體彈性變形下導彈壓心變化分析方法

在審

• 申請號: 201711006271.8
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107844643A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 陳剛;余志強;王吉飛;張春嘯
• 申請（專利權）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 付生輝

技術領域

本發明涉及飛行器氣動特性分析領域。更具體地，涉及一種導彈彈體彈性變形下導彈壓心變化分析方法。

背景技術

細長體導彈在低空高速飛行時，其彈體結構受到氣動力、質量力等外載荷的作用會發生明顯的變形。這種變形會使導彈的壓心前移，降低導彈的穩定性。因此，導彈設計時必須獲取由彈性變形引起的壓心變化量，提供給導彈總體和控制系統作為設計輸入使用。工程上將該問題歸類為靜氣動彈性問題。

目前工程界以及學術界獲得該壓心變化量的分析方法主要有兩類：一是基于線性勢流理論的靜氣動彈性分析方法，二是基于流固耦合的數值模擬分析方法。

第一類方法主要通過線性化方法確定導彈的氣動特性，再結合求解線性化的廣義結構運動方程給出導彈的彈性變形，最后再利用線性化方法計算變形后導彈的氣動特性。這類方法主要缺點是線性化方法確定導彈的氣動特性精度低。尤其是導彈在超/高超聲速大攻角下飛行時出現的激波、分離等現象致使流場表現高度非線性，線性化假設不再適用。

第二類方法將計算流體動力學方法(CFD)與計算結構動力學(CSD)方法耦合迭代計算。首先利用高精度的CFD方法獲得準確的氣動力，再將氣動力作為輸入利用高精度的CSD方法獲得結構變形，然后對變形后的導彈再利用CFD方法獲得氣動力。該過程將往復迭代直至滿足收斂準則。這類方法氣動與結構耦合方法技術要求高，且計算量大，不易用于實際工程設計。

因此，需要提供一種導彈彈體彈性變形下導彈壓心變化分析方法，在降低計算誤差的同時減少計算量，提高計算速度，降低工程應用難度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導彈彈體彈性變形下導彈壓心變化分析方法，在降低計算誤差的同時減少計算量，提高計算速度，降低工程應用難度。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

本發明公開了一種導彈彈體彈性變形下導彈壓心變化分析方法，所述方法包括：

S1：統計導彈全空域彈道參數，得到計算狀態集；

S2：通過流體力學分析方法獲得剛體導彈在計算狀態集各狀態下的全彈壓心系數；

S3：求解導彈在各狀態下受到的彎矩；

S4：基于靜力剛度試驗計算導彈在各狀態下的彈體靜彈性變形位移，使用撓度多項式進行擬合，確定擬合系數；

S5：通過三維建模軟件獲取各狀態下彈體彈性變形后的三維模型；

S6：通過流體力學分析方法計算彈體彈性變形后導彈的壓心系數，確定導彈壓心的變化量。

優選地，所述S1中的計算狀態集包括各狀態的高度、導彈速度和攻角。

優選地，所述S3將導彈簡化為一維梁，求解導彈在各狀態下受到的彎矩。

優選地，所述S4包括：

S41：根據導彈靜力剛度試驗結果，建立導彈靜力剛度模型。

S42：將所述彎矩加載到導彈上，通過平衡公式計算彈體彈性變形位移。

S43：通過彈體彈性變形位移擬合彈體撓度多項式。

優選地，以彈體為x軸，以彈尖為原點，所述平衡公式為

Ku(x)＝M(x)

其中，K為導彈靜力剛度模型，u(x)為彈體靜彈性變形位移，M(x)為彎矩。

優選地，以彈體為x軸，彈體靜彈性變形位移方向為y軸，所述彈體撓度多項式為

y＝a₁x⁵+a₂x⁴+a₃x³+a₄x²+a₅x+a₆

其中，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅和a₆為待定參數。

優選地，所述S5通過三維建模軟件基于所述彈體撓度多項式實現彈體的變形，獲得彈性變形后的彈體三維幾何模型。

優選地，所述導彈壓心的變化量為

ΔX_cp＝X_cpe-X_cpr

其中，X_cpe為彈性變形后導彈壓心系數，X_cpr為彈性變形前導彈壓心系數。

本發明的有益效果如下：