弹箭旋转空气动力效应的数值模拟成果

20 世纪80 年代以来， 随着数值技术的兴起， 相对于理论分析方法有诸多优势的CFD 数值模拟方法逐渐成为旋转弹箭空气动力效应重要的研究手段。 由于弹箭的马格努斯力很小， 仅为相应法向力的1/10 ~1/100， 准确地进行数值模拟具有较大的难度。对于旋转空气动力效应生成机理的认识是数值模拟的基础。 单独弹身的马格努斯力和力矩生成机理包括： 边界层位移厚度非对称畸变、 边界层非对称分离、 边界层非对称转捩、 径向压力梯度非对称畸变等。 翼－身组合体中翼面的马格努斯力和力矩的生成机理包括： 弹身对背风区翼面的遮蔽效应、 尾翼差动安装影响、 非对称体涡对翼面的冲击、前翼后拖涡对后翼的干扰等。 翼－身组合体的旋转空气动力效应生成机理与分离流动以及涡系干扰效应有关， 而且都是非定常的。

弹身与翼面的马格努斯效应生成机理以及流动特性的区别， 使用的数值模拟方法也存在着差别。 从单独旋转弹身的马格努斯效应数值计算的发展来看， 早期的旋转运动采用移动壁面表示， 主要求解定常雷诺平均N －S 方程， 数值模拟范围只局限于超声速和小攻角。 随着数值模拟的范围扩展到亚/跨声速以及大攻角， 弹身脱体涡以及弹身底部流动对马格努斯力和力矩的影响逐渐凸显。 旋转空气动力效应的非线性特性需要引入非定常CFD方法以及高精度湍流模型、 DES 混合方法以及LES 方法。 翼－身组合体的旋转空气动力特性则更为复杂， 受到激波、 弹身体涡、 翼面的后拖涡、 翼－身干扰等多种因素影响，呈现出较强的非定常性和非线性特性。 翼－身组合体的旋转运动多采用刚性运动网格和滑移网格表示， 采用对激波和漩涡刻画能力更强的数值方法， 求解非定常N－S 方程。(www.xing528.com)

在采用数值模拟方法计算弹箭的旋转空气动力效应时， 都采用了后视逆时针的旋转方向。