旋转尾翼弹马格努斯效应数值模拟

吴 放,王学德,常思江,刘士杰

(1.南京理工大学 能源与动力工程学院,江苏 南京 210094;2.西北工业集团有限公司 科研二所,陕西 西安 710043)

尾翼稳定是弹箭飞行稳定方式的一种,主要是依靠尾翼在飞行过程中的受力作用产生可抑制攻角发散的俯仰力矩。在实际中,为了减小弹体气动外形不对称或质量偏心等对其弹道特性的影响,往往使尾翼稳定弹在飞行过程中具有一定的转速。但是当攻角和旋转同时存在时,会产生一个额外的侧向力,即马格努斯力。这是由流场附面层的畸变等因素造成弹体两侧压力分布不对称所导致的。在通常情况下,马格努斯力约为弹体所受法向力的1%～10%[1],马格努斯力矩矢量在攻角平面内垂直于弹轴。

尾翼式旋转弹箭的马格努斯力矩往往较大。对于弹体的马格努斯效应来说,其影响因素包括附面层位移厚度、气流切应力、压力梯度变化的不对称,附面层与涡的相互影响等。对于弹翼的马格努斯效应来说,其主要影响因素包括弹翼的附加攻角、附加速度、弹翼后缘压力的差异等。因此,旋转弹箭的马格努斯效应具有极大的复杂性和不确定性。研究旋转弹箭的马格努斯效应,减小其对弹箭飞行的影响,对弹箭设计有重大意义。

国内方面,我国对马格努斯效应的研究开始时间较晚,在20世纪80年代才开始有学者进行研究。苗瑞生等[2]在1987年总结了国内外对于旋转弹箭马格努斯效应研究的发展进程和研究内容,讨论了旋转弹箭空气动力设计的相关问题,为之后的研究指出了数个方向。……