非旋转钝锥高超声速自由飞非线性角运动轨迹重构与分析.pdf

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1、航空学报ActaAerOnaulicaetAstronauticaSinicaOct252016V01．37No．102932—2940lSSN1000-6893CN11—1929／Vhlfp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cnDOI：lO．7j27／S1000一6893．2016．0088非旋转钝锥高超声速自由飞非线性角运动轨迹重构与分析蒋增辉*，宋威，鲁伟，陈农中国航天空气动力技术研究院，北京100074摘要：采用多阶段曲线拟合技术，对双平面拍摄风洞自由飞试验获得的高超声速下非旋转钝锥角运动观测值作了拟合，获得了

2、与试验观测值重合度较好的拟合曲线，进而实现了对试验模型非线性角运动轨迹的重构，获得了5次试验的复攻角和总攻角曲线，并进而对非旋转钝锥非线性角运动的特点和规律进行了分析。结果分析表明：模型复攻角曲线可能逆时针方向转动也可能顺时针方向转动，甚至可能改变转动方向；复攻角曲线多呈“椭”圆锥运动，且椭圆运动的长轴在大小和方向上均可能发生变化；总攻角幅值呈振荡变化，但多呈总体上减小的趋势；由于角运动的非线性特性，同样的试验模型在不同的预置攻角情况下其角运动特性也呈现出很大的不同。关键词：非线性角运动；轨迹重构；复攻角；总攻角；自由飞；高超声速中图分类号：V2n

3、．7；V212．1文献标识码：A文章编号：】000一6893(2016)10一2932一09弹箭在飞行中的角运动对其飞行特性具有较大影响口]，对弹箭的角运动规律作深入透彻的分析，有助于研究弹箭的运动规律，对于角运动非线性较为强烈的情况尤为重要【2。5j。风洞自由飞试验是研究弹箭角运动规律的一个有效方法，其可通过高速摄影的拍摄，直接获得弹箭的角位移曲线。考虑到旋转弹箭的自由飞行运动存在较强烈的俯仰和偏航方向运动耦合作用的影响，为了较为直观地描述弹箭的角运动规律，通常对旋转弹箭模型的风洞自由飞试验进行双平面拍摄，并对其两个方向的角运动规律如复攻角曲线图

4、进行重构拟合凹。14。，以直观地观察其角运动的轨迹规律。而非旋转钝锥的风洞自由飞试验以往通常都是简化为平面运动来处理n5。2⋯，忽略另一方向运动的影响，因此通常只拍摄记录其俯仰平面的运动规律，偏航平面的角运动均被忽略，因而未见到有文献对其两个方向的总的角运动轨迹规律进行分析。而在笔者开展的非旋转钝锥双平面拍摄高超声速风洞自由飞试验中，却发现试验中的非旋转钝锥均出现了较为明显的圆锥摆动，在观察窗范围内的侧滑角幅值均大于攻角幅值，对试验结果的初步分析发现两个方向的角运动非线性均较为强烈，因此此时若仍按以往的简化处理方法，忽略其中一个平面的运动将难以真实

5、反映非旋转钝锥的角运动规律，因而需对其两个方向的角运动规律均进行研究，进而对其两个方向的角运动轨迹均进行重构才能进一步对其角运动规律进行研究。由于角运动非线性较为明显，使得采用基于收稿日期：2015．11—18；退修日期：2015—12-08；录用日期：2016—03-14；网络出版时：2016-03—2915：29网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／111929V．20160329．1529．006html基金项目：国家自然科学基金(11202200)*通讯作者Tel：010．68376792E-mail：jzhhit

6、@163com引礞撂芪t蒋增辉，寒盛．鲁伟，等非旋转钝锥高超声速自由飞非线性角运动轨迹重桷与分析lJ]．航空学报，2016，37(10)：2932-2940iJ

7、ANGZH．soNGW．LUW．eta

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11、armotiono{hyoersonicfree·f钰gh}non-Spinnlngcones￡曲，ActaA科on叫如caetAstf。naul{caslnIca，2016，37(10)：2932—2940，蒋增辉，等：非旋转钝锥高超声速自由飞非线性

12、角运动轨迹重构与分析线性理论的三周期法获得的拟合曲线与观测值曲线存在较大偏差[21。，二者重合性较差，因此线性理论无法实现对钝锥的实际角运动轨迹进行较好的拟合，对其出现的圆锥摆动的复攻角及总攻角曲线也无法进行重构。采用分段拟合技术可实现获得非旋转钝锥在小攻角高超声速下气动导数非线性的具体形式及其小攻角下的非线性运动特点[22

13、，但由于无法获得对观测值曲线的直接拟合，因而仍然无法获得直观描述钝锥非线性角运动轨迹的曲线，使得对试验过程中的模型实际的非线性角运动轨迹变化和规律仍缺乏直观的印象和认识。本文采用多阶段曲线拟合技术对双平面拍摄获得的高超声速非旋

14、转钝锥风洞自由飞试验的角运动观测值作非线性的拟合，对其角运动轨迹进行重构，以期获得较为直观的描述其高超声速自由飞行过程中的