雷娟棉， 张嘉炜， 谭朝明

(1.北京理工大学 宇航学院， 北京 100081; 2.中国船舶工业系统工程研究院， 北京 100036)

小攻角下船尾外形对旋转弹丸马格努斯效应影响的数值研究

雷娟棉1， 张嘉炜1， 谭朝明2

(1.北京理工大学 宇航学院， 北京 100081; 2.中国船舶工业系统工程研究院， 北京 100036)

为了研究小攻角下船尾外形对旋转弹丸马格努斯效应的影响，对不同船尾外形的旋转弹丸进行了数值模拟，得到了气动力及力矩随马赫数Ma、船尾角θt和船尾长度Lt与弹径D的比值Lt/D的变化。根据气动特性及流场结构,分析了船尾及马赫数对旋转弹丸马格努斯效应的影响,并研究了旋转弹丸马格努斯效应的产生机理。结果表明：在船尾段，由边界层位移厚度的非对称畸变所产生的沿z轴负方向的力随θt和Lt/D的增大而逐渐增大；由周向切应力非对称畸变所产生的沿z轴正方向的力沿x轴逐渐增大，随Ma的增大而逐渐增大，随θt和Lt/D的增大而逐渐减小；由沿弹体轴向和周向压力分布的非对称性所产生的沿z轴负方向的力随θt和Lt/D的增大而逐渐增大，并且在超声速时随Ma的增大而逐渐减小，在亚跨声速时随Ma的增大而逐渐增大。

兵器科学与技术； 马格努斯效应； 船尾角； 船尾长度

Abstract: In order to study the influence of boattail on the Magnus effect of spinning projectile at small angles of attack, the configurations with various boattail angles (θt) and lengths (Lt/D) are numerically simulated. The variations of the aerodynamic force and moment withMa,θtandLt/Dare obtained. According to the aerodynamic characteristics and flow field structure, the effects of boattail on Magnus effect are studied in details，and the mechanism of the Magnus effect for spinning projectile is analyzed. The results show that component of Magnus force along -zdirection increases withθtandLt/Ddue to the asymmetric distortion of the boundary layer. Meanwhile, the force alongz-direction due to the asymmetric circumferential shear stress distortion decreases gradually withθtandLt/D, while increasing withMa. The force along -zdirection due to the asymmetric distortion of axial and circumferential pressures increases withθt,Lt/D, andMaforMa≥1, while decreasing withMaforMa<1.

Key words: ordnance science and technology；Magnus effect;angle of boattail; length of boattail

0 引言

为保证飞行的稳定性，无升力面子弹和线膛炮弹采用绕弹体纵轴旋转的飞行方式。然而当攻角和旋转同时存在时，弹体边界层畸变等因素将造成弹身两侧压力分布不对称。德国科学家Magnus于1852年发现并研究了这一现象，故此现象被称为马格努斯现象，相应产生的力和力矩被称为马格努斯力和力矩[1]。……