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基于FLUENT和ADAMS的导弹分离联合仿真分析

作　者: 李艳军
导　师: 马文来
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 人机与环境工程
关键词: 导弹分离 联合仿真 湍流模型 动网格技术 气动分析
分类号: TJ760.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


导弹是制导武器中的佼佼者，完全体现了当代科学技术的发展水平，代表着技术全面的国家航空航天事业的发展，更体现了一个国家的综合国力。如何提高导弹打击目标的准确性是现今存在的一大难题，我们用实验飞行来验证是否满足要求所花费的代价是相当大的，所以我们要对传统的研制方法进行改革。本文以导弹分离为研究对象，从理论上对导弹分离动力学特性和气动特性进行了分析，采用虚拟技术和计算流体力学方法对导弹分离进行了联合仿真，充分考虑了空间运动与气动阻力的耦合作用。首先，我们对本文的研究背景进行了简要的介绍，又对导弹分离技术的国内外发展状况以及计算流体力学和虚拟技术的发展进行了总结。其次，对导弹分离过程中的动力学和气动特性进行了理论分析，利用拉格朗日方程对导弹分离过程建立动力学模型，进行了相关公式的推导。利用计算流体力学基本控制方程和动网格控制方程建立了导弹分离过程的气动分析模型，并对气动分析过程中的离散化、SIMPLE算法、湍流模型和动网格参数设置进行了相关理论分析。然后，对ADAMS主要模块、仿真的过程和积分算法进行了简要的介绍。根据已经建立好的动力学模型，利用ADAMS软件对导弹分离的过程进行动力学仿真分析。动力学仿真表明，导弹分离时间短，弹头在发动机推力的作用下，以恒定加速度加速飞行；助推器在发动机尾流冲击力的作用下，做减速飞行。最后，对FLUENT软件结构、数值模拟的流程和应用范围等进行简单的介绍。考虑导弹分离过程中空间运动与气动阻力的耦合作用，利用FLUENT和ADAMS对导弹分离进行联合仿真分析。流场仿真结果表明，弹头和助推器前端形成激波，两体前端周围流场压力和温度最高，沿着轴向向后，温度和压力降低；在弹体的后端形成尾迹流区，该区域内有旋涡存在，流体速度低压力小，温度高。动力学仿真表明，在气动力的作用下，弹头和助推器的飞行速度降低，助推器的速度损失大于弹头的速度损失，但是对分离过程的影响小于实验误差要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 导弹分离联合仿真的研究背景和目的  9-10
    1.1.1 导弹分离联合仿真的来源和研究背景  9
    1.1.2 研究目的  9-10
  1.2 导弹分离的国内外发展状况  10-13
  1.3 计算流体力学在航空航天中发展状况  13
  1.4 虚拟技术的发展状况  13-14
  1.5 本文主要内容  14-15
第2章 导弹分离流场计算和分离动力学模型  15-36
  2.1 导弹分离的流场计算  15-30
    2.1.1 导弹分离的流场分析控制方程  15-17
    2.1.2 流体力学控制方程的离散化  17-19
    2.1.3 流场计算的离散格式  19-21
    2.1.4 基于SIMPLE的数值计算方法  21-24
    2.1.5 湍流模型  24-26
    2.1.6 动网格的控制方程与更新方法  26-30
  2.2 导弹分离动力学模型  30-35
    2.2.1 导弹分离多体坐标系  30-31
    2.2.2 导弹所受气动力和发动机推力的表示方法  31
    2.2.3 刚体的动能和动量  31-32
    2.2.4 导弹分离动力学控制方程  32-35
  2.3 本章小结  35-36
第3章 基于ADAMS的导弹分离仿真分析  36-47
  3.1 ADAMS简介  36-38
    3.1.1 ADAMS的主要模块  36-37
    3.1.2 ADAMS的仿真步骤  37-38
  3.2 ADAMS动力学的算法  38-40
    3.2.1 ADAMS计算流程  38-39
    3.2.2 ADAMS的积分算法  39-40
  3.3 不计气动力的导弹分离仿真分析  40-46
    3.3.1 导弹分离的阶段  41
    3.3.2 导弹分离的方式  41-42
    3.3.3 导弹分离动力学仿真分析  42-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 导弹分离的联合仿真分析  47-63
  4.1 建立导弹分离的气动分析模型  47-53
    4.1.1 FLUENT的简介  48-50
    4.1.2 建立气动分析的物理模型和划分网格  50-51
    4.1.3 FLUENT仿真参数的设置  51-53
  4.2 导弹分离气动载荷  53-54
  4.3 导弹分离的联合仿真分析  54-62
    4.3.1 导弹分离联合仿真的流场分析  54-59
    4.3.2 导弹分离联合仿真的动力学仿真分析  59-62
  4.4 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-69
致谢  69

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