邵 山，谭献忠，王学德

(南京理工大学 能源与动力工程学院， 南京 210014)

1 引言

弹丸的气动外形是影响其射程及外弹道稳定性，进而影响弹着点密集度的主要因素。通过优化弹丸的气动外形，有效减小弹丸飞行阻力，是一种有效提高射程的方法。对于超声速弹丸，阻力的构成主要包括激波阻力、摩擦阻力和底部阻力等3个部分。弹丸超声速飞行时，空气受到头部压缩出现头部激波，激波后压力增大，从而形成激波阻力。空气与弹体表面接触，由于粘性的作用，产生摩擦阻力。弹体尾部气流在弹底发生大角度转折，形成膨胀波。弹体尾部气流经过膨胀折转后，由于上下表面超声速气流方向的不一致，在距离弹尾不远处会发生再次压缩，形成尾部再压缩波，又称尾部激波，如图1所示。同时由于弹尾的存在，边界层会在底部分离，形成的回流区。回流区气压低，从而造成前后压差，形成底部阻力。

图1 弹丸底部流场结构示意图Fig.1 Schematic diagram of projectile base flow

相关研究指出，弹丸的形状影响着上述各阻力的阻力系数。从阻力的构成来看，头部激波阻力和底部阻力是弹丸阻力的主要因素。对于头部激波阻力可以通过优化弹丸的头部外形进行减阻[1]；而对于底部阻力，往往通过采用优化弹丸尾部结构和几何参数来进行减阻设计，如底凹结构设计方案[2-6]、不同底部平面形状设计方案[7]和不同船尾角设计方案[8-13]。其中，船尾角设计方案为弹丸减阻设计的经典方案。根据空气动力学理论，船尾角的存在一定程度上会减小底部回流区的大小从而降低底部阻力，但同时也会增强弹丸底部的真空度和尾部再压缩波的强度，从而一定程度上又会增加底部阻力。……