典型近距格斗空空导弹布局大迎角非对称流动及其诱发的摇滚运动研究

With the requirements of heat protection, high agility and instantaneous overload capacity, typical aerodynamic configuration combined with blunt-slender body and multi-wings is broadly adopted in development of the advanced air-to-air missile. However, wing rock motion will occur during the high attack angle flight for this kind of typical configuration and as a result the flight performance will be affected seriously. The main purpose of this project is to investigate the fluid mechanism of wing rock motion for this kind of typical missile configuration. To begin with, the indeterminacy of the asymmetric flow over blunt-slender body at high attack angle will be studied and the flow structure over it will be depicted. Most of all, what is the fundamental flow causing and dominating the asymmetric flow over the blunt-slender body is the primary goal. Furthermore, the multi-wings effect on the asymmetric flow over blunt-slender body will be studied in detail and the flow mechanism of this complicated and coupled flow will be unveiled. Finally, the wing rock motion induced by the complex flow over this typical configuration will be investigated and the relationship between the various wing rock motions and complex flow will also be discussed, as a physical base to developing the innovative flow control concept and technique to suppress the wing rock motion of the advanced air-to-air missile.

为满足气动防热、高机动性和大过载能力的技术指标要求，新型近距空空导弹普遍采用由钝头细长旋成体机身和多舵翼组成的典型气动布局。但是该类布局导弹在大迎角飞行时会出现摇滚运动现象，严重影响导弹的飞行性能，甚至带来战斗失利等严重后果。 本申请以发展高精准度、高机动新型空空导弹为目标，针对典型空空导弹气动布局大迎角下呈现出的复杂非对称耦合流动及其诱发的摇滚运动问题，首先开展单独钝头细长旋成体机身大迎角非对称流动及其不确定性问题研究，揭示其主控参数及流动机理；其次，研究钝头细长旋成体机身和多舵翼之间的复杂非对称耦合流动特性，揭示其主控参数和流动机理；最后，进行典型空空导弹气动布局的摇滚运动特性研究，揭示摇滚运动/复杂非对称耦合流动之间的相关关系，为发展抑制典型空空导弹气动布局摇滚运动的流动控制新概念和新技术奠定物理基础，进而为我国自主研制高性能空空导弹提供技术基础。

由钝头细长旋成体机身和多舵翼组成的典型气动布局的空空导弹在大迎角飞行时会出现摇滚运动现象，严重影响导弹的飞行性能，甚至带来战斗失利等严重后果。.本项目以发展高精准度、高机动新型空空导弹为目标，针对典型空空导弹气动布局大迎角下呈现出的复杂非对称耦合流动及其诱发的摇滚运动问题，首先开展单独钝头细长旋成体机身大迎角非对称流动及其不确定性问题研究，揭示其主控参数及流动机理；其次，研究钝头细长旋成体机身和多舵翼之间的复杂非对称耦合流动特性，揭示其主控参数和流动机理；最后，进行典型空空导弹气动布局的摇滚运动特性研究，揭示摇滚运动/复杂非对称耦合流动之间的相关关系，为发展抑制典型空空导弹气动布局摇滚运动的流动控制新概念和新技术奠定物理基础，进而为我国自主研制高性能空空导弹提供技术基础。.通过对单独钝头细长旋成体的研究发现，当模型处于大迎角状态时，会产生不确定且不可预测的非对称背涡流动。模型头尖部添加人工微扰动可以抑制模型大迎角下非对称流动的不确定性，进而得到确定性的流场结构。确定性的非对称流动沿模型轴向的空间演化依次出现非对称二涡、三涡、四涡及五涡等，为复杂的非对称多涡系结构，而位于其头尖部的人工微扰动主控了发起于头尖部的第一对非对称二涡，进而主控了整个流场。此外，通过分析人工微扰动在钝头上的位置和模型大迎角下的非对称背涡流动之间的响应关系，得到了钝头细长旋成体非对称绕流随钝头上人工微扰动的周向角变化呈现单周期双稳态的变化规律。.钝头细长旋成体布局大迎角下仍然具有头部“滚转角效应”，在模型头部设置人工扰动仍然能够消除自然扰动状态下旋成体非对称背涡的不确定性，且非对称背涡结构随人工扰动绕模型对称轴旋转一周呈单周期变化，其侧向力呈现单周期方波形式。钝头细长旋成体布局的边条翼通过强制模型左右两侧发生对称分离，对非对称流动具有最大限制作用；中部弹翼和尾部弹翼对非对称流动的非对称性也具有不同程度的限制作用，但作用较小。.随着迎角的增加，钝头细长旋成体布局出现了多种复杂的摇滚运动形式：偏离不摇滚区、不摇滚区、第一类单极限环振荡区、偏离不规则振荡区、第二类单极限环振荡区、第三类单极限环振荡区和自旋区。通过研究发现，前体非对称涡作用在弹翼上，诱导弹翼上表面产生吸力是引起钝头细长旋成体布局摇滚运动的主要原因。