文档介绍：第 16 卷第 3 期弹道学报 Vol. 16 No. 3
2004 年 9 月 Journal of Ballistics Sept. 2004
导弹发射过程数值模拟
傅德彬
刘
琦
陈建伟
姜
毅
( 北京理工大学机电工程学院, 北京 100081)
摘要
为研究导弹发射过程中的燃气流场和导弹运动规律, 采用计算流体力学方法和
动网格技术, 对导弹发射过程进行数值模拟. 将安置在发射筒中的导弹作为运动实体,
随着导弹运动, 相应的流场计算边界发生变化. 计算过程根据当前时刻喷管内流场及燃
气流场计算导弹受力, 确定导弹在任意计算时刻的运动速度, 并由相应的运动边界更新
网格, 计算新网格下的流场参数分布. 计算结果与实验结果相符, 表明采用计算流体力
学方法和动网格技术可为研究导弹发射过程提供参考和依据.
关键词
计算流体力学, 动网格, 燃气流
中图分类号
T J 760. 13
在现代的生产设计和科学研究中, 实验研究和数值模拟是 2 个重要的手段, 相辅相成.
实验研究为数值模拟提供原始数据并为数值模拟的结果提供检验数据, 而经过实验检验的
数值模拟又可以为实验研究提供指导, 减少实验时间, 节省实验所需的人力和物力. 在航空
航天及武器系统的研究中, 存在着许多可以通过数值模拟来解决的问题, 如: 燃气射流冲击
作用[ 1] 、飞行器气动干扰[ 2] 等. 通过对这些问题进行数值模拟, 可以使我们更加深刻地理解
问题产生的机理, 为实验研究提供指导, 节省实验所需的人力、物力和时间, 并对实验结果的
整理和规律的得出起到很好的指导作用.
导弹发射是一个包含推进剂燃烧, 流体运动、刚体运动等行为在内的复杂过程. 本文在
已有发动机压力曲线基础上, 结合计算流体力学、动网格技术和刚体动力学, 对导弹发射过
程的非定常流场进行数值模拟, 同时耦合求解导弹运动方程, 获得导弹在发射过程中的流场
状态及导弹运动状态.
1
理论基础
导弹发射时, 发动机喷出的射流因马赫数很高, 应作为可压缩气体处理. 非定常可压缩
的射流满足如下的 N
S 方程:

Wd V + | F - G |
dA = HdV ( 1)

t

式中,
是控制体,
是控制体边界面, W 是求解变量, F 是无粘通量, G 是粘性通量, H 是
收稿日期: 2003
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源项: W = (
,
u,
v,
w ,
E )T , F = (
U,
Uu + pi,
Uv + pj ,
Uw + p k,
UE + p U) T , G =
T
( 0, xi , yi , zi , ijvj + q) .
计算采用商用计算软件 FLUENT, 控制方程在求解过程中, 分别求解动量方程、连续方
程及能量方程, 然后, 再用所求得的值求解紊流模型方程. 本文计算中, 全流场均考虑流体粘
性影响, 而不使用边界层考虑粘性影响, 其它区域作无粘计算的方法, 因此在流场中可以采
用非结构化网格, 并在流场中统一选择适合射流计算的 RNG !
∀湍流模式.
导弹发射过程中, 发射