一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，該方法先根據(jù)細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈飛行空域和飛行彈道確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況；然后計(jì)算細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈在飛行條件下的流動(dòng)狀態(tài)和流場(chǎng)參數(shù)；對(duì)正?？s比模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬；最后對(duì)彈身大比例縮比，根據(jù)第二步、第三步中計(jì)算得到的彈身各部位流場(chǎng)參數(shù)，把彈身部位流場(chǎng)參數(shù)基本不變的部位進(jìn)行裁截得到新模型，新模型代替第三步中的模型進(jìn)行試驗(yàn)。采用本發(fā)明方法獲得的突起物及其干擾區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果能代表原外形導(dǎo)彈突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境關(guān)系使用該方法測(cè)到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用到導(dǎo)彈防熱設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)考核，證實(shí)該方法的有效性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈測(cè)試的【技術(shù)領(lǐng)域】。更具體地，涉及一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)彈以高超音速穿越大氣層時(shí)彈體表面氣動(dòng)加熱嚴(yán)酷，準(zhǔn)確預(yù)估導(dǎo)彈熱環(huán)境參數(shù)，為導(dǎo)彈防熱設(shè)計(jì)提供輸入條件，成為高速導(dǎo)彈研制成功的必要保證。如何在地面風(fēng)洞試驗(yàn)中較精確地測(cè)得導(dǎo)彈特別是突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境參數(shù)，利用風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果分析高速導(dǎo)彈飛行條件下氣動(dòng)熱環(huán)境分布規(guī)律，考核分析模型和完善計(jì)算方法，為導(dǎo)彈防熱設(shè)計(jì)提供滿(mǎn)足設(shè)計(jì)精度要求的熱環(huán)境參數(shù)成為型號(hào)研制過(guò)程中遇到的難題。
[0003]國(guó)內(nèi)承擔(dān)熱環(huán)境試驗(yàn)的風(fēng)洞主要有激波風(fēng)洞或炮風(fēng)洞，風(fēng)洞噴管出口最大尺寸為Φ 2m,不可能滿(mǎn)足導(dǎo)彈全尺寸熱環(huán)境試驗(yàn)要求，通常采用的試驗(yàn)方法是進(jìn)行縮比模型試驗(yàn)。根據(jù)風(fēng)洞的出口尺寸，對(duì)細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈通常需要的縮比比例為1: (5?10)，在細(xì)長(zhǎng)的縮比模型上布置測(cè)熱點(diǎn)不僅困難，而且能布置的測(cè)點(diǎn)少，特別是彈體表面突起物及其干擾區(qū)的某些局部部位，縮比后根本無(wú)法安裝測(cè)熱傳感器，往往這些局部部位的熱環(huán)境變化劇烈，需要了解和測(cè)定。如何在已有的風(fēng)洞條件基礎(chǔ)上，盡可能把試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)成大比例，有利于布置測(cè)點(diǎn)，盡可能全面地獲得熱環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果成為熱環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)研究的難題。
[0004]目前常規(guī)所采用的突起物熱環(huán)境試驗(yàn)方法為:在平板上單獨(dú)放大突起物進(jìn)行試驗(yàn)，該方法能滿(mǎn)足突起物上多布點(diǎn)的條件，但該方法測(cè)到的熱環(huán)境數(shù)據(jù)與彈體-突起物干擾的規(guī)律不十分吻合?！捌桨?突起物”的干擾規(guī)律與“彈體+突起物”的干擾規(guī)律缺乏一致性。
[0005]目前國(guó)內(nèi)突起物熱環(huán)境試驗(yàn)采用局部放大突起物尺寸的方法，該方法雖然能滿(mǎn)足布點(diǎn)和多布測(cè)點(diǎn)的需求，但該方法破壞了突起物和彈體相對(duì)尺寸關(guān)系，試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果不能代表原外形的熱環(huán)境關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，該方法解決目前突起物熱環(huán)境試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置少、難以捕捉熱環(huán)境分布規(guī)律的難題，成功獲取突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境參數(shù)，達(dá)到熱環(huán)境試驗(yàn)要求，為導(dǎo)彈熱環(huán)境與防熱設(shè)計(jì)提供地面試驗(yàn)依據(jù)。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0009]第一步，根據(jù)細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈飛行空域和飛行彈道確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況；
[0010]第二步，計(jì)算細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈在飛行條件下的流動(dòng)狀態(tài)和流場(chǎng)參數(shù)；
[0011]第三步，對(duì)正常縮比模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬；
[0012]第四步，對(duì)彈身進(jìn)行大比例縮比，根據(jù)第二步、第三步中計(jì)算得到的彈身各部位流場(chǎng)參數(shù)，把彈身部位流場(chǎng)參數(shù)基本不變的部位進(jìn)行裁截得到新模型，新模型代替第三步中的模型進(jìn)行試驗(yàn)。
[0013]優(yōu)選地，第一步，確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況
[0014]根據(jù)導(dǎo)彈飛行空域和飛行彈道確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況，確保所選擇的工況能涵蓋該導(dǎo)彈的所有飛行空域(所述飛行空域是指導(dǎo)彈的飛行范圍，是指導(dǎo)彈從地面逐漸飛到高空，涵蓋超低空、低空、中空、高空。)，不漏典型空域特征點(diǎn)；同時(shí)在試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能綜合、歸類(lèi)、協(xié)調(diào)好參數(shù)之間的間隔，以減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
[0015]優(yōu)選地，第二步對(duì)導(dǎo)彈在飛行條件下的流動(dòng)狀態(tài)和流場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算
[0016]計(jì)算導(dǎo)彈在飛行條件下各典型特征狀態(tài)的流場(chǎng)參數(shù)，確定導(dǎo)彈在不同飛行空域的流態(tài)，確定導(dǎo)彈各特征點(diǎn)在各特征狀態(tài)的速度、密度、壓力等參數(shù)。所述特征狀態(tài)是指:不同的飛行高度、不同流態(tài)。所述特征點(diǎn)包括彈身、空氣舵、天線(xiàn)等。
[0017]優(yōu)選地，第三步對(duì)正常縮比模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬
[0018]確定試驗(yàn)風(fēng)洞，了解要做試驗(yàn)的風(fēng)洞參數(shù)條件；根據(jù)風(fēng)洞設(shè)備能力和要求，對(duì)準(zhǔn)備進(jìn)行熱環(huán)境試驗(yàn)的導(dǎo)彈外形進(jìn)行常規(guī)縮比模型設(shè)計(jì)，對(duì)縮比后的試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)條件下的數(shù)值模擬。進(jìn)行該數(shù)值模擬時(shí)，針對(duì)縮比模型生成網(wǎng)格，進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算時(shí)加載的外流條件為試驗(yàn)風(fēng)洞參數(shù)條件，得到縮比模型在風(fēng)洞條件下各位置的流場(chǎng)參數(shù)，如:速度、密度、壓力等參數(shù)。
[0019]優(yōu)選地，第四步對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行特殊設(shè)計(jì)
[0020]為獲得局部小尺寸突起物的熱環(huán)境參數(shù)，必須使得縮比后的模型部位能安裝測(cè)熱流、測(cè)壓力傳感器，比如在出口為Φ800πιπι風(fēng)洞(要求試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷L(zhǎng)度不超過(guò)900mm)中進(jìn)行導(dǎo)彈長(zhǎng)6m、突起物高1mm的熱環(huán)境試驗(yàn),1:7縮比后的突起物尺寸不到1.5mm,而安裝傳感器最小需要的尺寸為3mm，導(dǎo)致突起物無(wú)法安裝傳感器，為此，要在縮比后的突起物外形上安裝盡可能多的傳感器，以獲得突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境測(cè)量參數(shù)，應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，模型縮比為1: 3，而導(dǎo)彈1:3縮比后的長(zhǎng)度為2m，不可能安裝到風(fēng)洞中。
[0021]為解決上述矛盾，本發(fā)明采取的方法是:為了在縮比的突起物上安裝傳感器，試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)縮比為1:3，對(duì)彈身1:3縮比后根據(jù)第二步、第三步中計(jì)算得到的彈身各部位流場(chǎng)參數(shù)關(guān)系，把彈身部位流場(chǎng)參數(shù)基本不變的長(zhǎng)度截短一段，使得設(shè)計(jì)后的縮比模型長(zhǎng)度滿(mǎn)足風(fēng)洞設(shè)備安裝要求(模型長(zhǎng)度不超過(guò)900mm)，新模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)參數(shù)與第三步中模型各部位的流場(chǎng)參數(shù)相當(dāng)，新模型能代替第三步中的模型進(jìn)行試驗(yàn)。
[0022]通過(guò)上述步驟，破解了細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置難、可布置測(cè)點(diǎn)少的難題，成功獲取突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境參數(shù)，達(dá)到熱環(huán)境試驗(yàn)需求，為導(dǎo)彈熱環(huán)境與防熱設(shè)計(jì)提供地面試驗(yàn)依據(jù)。
[0023]本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]1、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。無(wú)需重新改造風(fēng)洞設(shè)備，在原有風(fēng)洞設(shè)備基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)，節(jié)約試驗(yàn)成本。
[0025]2、采用本發(fā)明方法，可以獲得較多測(cè)點(diǎn)熱環(huán)境試驗(yàn)參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)突起物干擾區(qū)劇烈變化的熱環(huán)境捕捉。
[0026]3、本發(fā)明采用的方法解決了小尺寸突起物縮比后不能安裝傳感器的難題，可以準(zhǔn)確測(cè)量小尺寸突起物局部熱環(huán)境。
[0027]4、采用本發(fā)明方法獲得的突起物及其干擾區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果能代表原外形導(dǎo)彈突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境關(guān)系使用該方法測(cè)到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用到導(dǎo)彈防熱設(shè)計(jì)中。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]圖1示出本發(fā)明實(shí)施例1的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。流程圖見(jiàn)圖1。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]實(shí)施例1
[0032]一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法的具體步驟為:
[0033]第一步確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況
[0034]根據(jù)導(dǎo)彈飛行空域和飛行彈道確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況，確保所選擇的工況能涵蓋該導(dǎo)彈的所有飛行空域，不漏典型空域特征點(diǎn)(比如一個(gè)高度區(qū)間應(yīng)該綜合考慮不同馬赫數(shù)、不同攻角、不同舵偏角、不同雷偌數(shù)等。)；同時(shí)在試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能綜合、歸類(lèi)、協(xié)調(diào)好參數(shù)之間的間隔，以減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
[0035]第二步對(duì)導(dǎo)彈在飛行條件下的流動(dòng)狀態(tài)和流場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算
[0036]計(jì)算導(dǎo)彈在飛行條件下各典型狀態(tài)的流場(chǎng)參數(shù)(比如在每一個(gè)飛行彈道點(diǎn)上飛行的流場(chǎng)參數(shù)不同，且在一個(gè)特定飛行點(diǎn)，導(dǎo)彈每一個(gè)部位都有它特定的馬赫數(shù)、速度、密度、壓力等。)，確定導(dǎo)彈在不同飛行空域的流態(tài)，確定導(dǎo)彈各特征點(diǎn)在各特征狀態(tài)的速度、密度、壓力等參數(shù)。
[0037]第三步對(duì)正常縮比模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬
[0038]確定試驗(yàn)風(fēng)洞，了解要做試驗(yàn)的風(fēng)洞參數(shù)條件；根據(jù)風(fēng)洞設(shè)備能力和要求，對(duì)準(zhǔn)備進(jìn)行熱環(huán)境試驗(yàn)的導(dǎo)彈外形進(jìn)行常規(guī)縮比模型設(shè)計(jì)，對(duì)縮比后的試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)條件下的數(shù)值模擬。進(jìn)行該數(shù)值模擬時(shí)，針對(duì)縮比模型生成網(wǎng)格，進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算時(shí)加載的外流條件為試驗(yàn)風(fēng)洞參數(shù)條件，得到縮比模型在風(fēng)洞條件下各位置的流場(chǎng)參數(shù)，如:速度、密度、壓力等參數(shù)。
[0039]第四步對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行特殊設(shè)計(jì)
[0040]為獲得局部小尺寸突起物的熱環(huán)境參數(shù)，必須使得縮比后的模型部位能安裝測(cè)熱流、測(cè)壓力傳感器，比如在出口為Φ800πιπι風(fēng)洞(要求試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷L(zhǎng)度不超過(guò)900mm)中進(jìn)行導(dǎo)彈長(zhǎng)6m、突起物高1mm的熱環(huán)境試驗(yàn),1:7縮比后的突起物尺寸不到1.5mm,而安裝傳感器最小需要的尺寸為3mm，導(dǎo)致突起物無(wú)法安裝傳感器，為此，要在縮比后的突起物外形上安裝盡可能多的傳感器，以獲得突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境測(cè)量參數(shù)，應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，模型縮比為1: 3，而導(dǎo)彈1:3縮比后的長(zhǎng)度為2m，不可能安裝到風(fēng)洞中。
[0041]為解決上述矛盾，本發(fā)明采取的方法是:為了在縮比的突起物上安裝傳感器，試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)縮比為1:3，對(duì)彈身1:3縮比后根據(jù)第二步、第三步中計(jì)算得到的彈身各部位流場(chǎng)參數(shù)關(guān)系，把彈身部位流場(chǎng)參數(shù)基本不變的長(zhǎng)度截短一段，使得設(shè)計(jì)后的縮比模型長(zhǎng)度滿(mǎn)足風(fēng)洞設(shè)備安裝要求(模型長(zhǎng)度不超過(guò)900mm)，新模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)參數(shù)與第三步中模型各部位的流場(chǎng)參數(shù)相當(dāng)，新模型能代替第三步中的模型進(jìn)行試驗(yàn)。圖1示出本發(fā)明實(shí)施例1的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)流程圖。
[0042]通過(guò)上述步驟，破解了細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置難、可布置測(cè)點(diǎn)少的難題，成功獲取突起物及其干擾區(qū)的熱環(huán)境參數(shù)，達(dá)到熱環(huán)境試驗(yàn)需求，為導(dǎo)彈熱環(huán)境與防熱設(shè)計(jì)提供地面試驗(yàn)依據(jù)。
[0043]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，根據(jù)細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈飛行空域和飛行彈道確定熱環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)工況； 第二步，計(jì)算細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈在飛行條件下的流動(dòng)狀態(tài)和流場(chǎng)參數(shù)； 第三步，對(duì)正?？s比模型在風(fēng)洞條件下的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬； 第四步，對(duì)彈身進(jìn)行大比例縮比，根據(jù)第二步、第三步中計(jì)算得到的彈身各部位流場(chǎng)參數(shù)，把彈身部位流場(chǎng)參數(shù)基本不變的部位進(jìn)行裁截得到新模型，新模型代替第三步中的模型進(jìn)行試驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，其特征在于:第二步所述流動(dòng)狀態(tài)包括導(dǎo)彈在不同飛行空域的流動(dòng)狀態(tài)；所述流場(chǎng)參數(shù)包括導(dǎo)彈各特征點(diǎn)在各特征狀態(tài)的速度、密度和壓力參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，其特征在于:第三步所述正常縮比模型的縮比比例為:1:5?1:10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，其特征在于:第三步所述數(shù)值模擬是針對(duì)縮比模型生成網(wǎng)格，進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算時(shí)加載的外流條件為試驗(yàn)風(fēng)洞參數(shù)條件，得到縮比模型在風(fēng)洞條件下各位置的流場(chǎng)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，其特征在于:所述流場(chǎng)參數(shù)包括速度、密度和壓力參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)長(zhǎng)體導(dǎo)彈突起物熱環(huán)境的測(cè)試方法，其特征在于:第四步所述大比例是指按照突起物縮比后能安裝傳感器的尺寸需求確定全彈模型的縮尺比例。
【文檔編號(hào)】G01M9/06GK104198153SQ201410465068
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】左應(yīng)朝, 王吉飛, 李蕓, 朱瑾 申請(qǐng)人:北京電子工程總體研究所