导弹气动特性快速估算修正方法研究

李欣

摘 要：该文对导弹气动特性快速估算软件Datcom的计算缺陷进行修正。结合某无翼式导弹的风洞试验数据，利用国内经典的气动特性快速估算资料，以无翼式布局为例，针对Datcom软件法向力和压心的计算缺陷进行修正，有效提高其计算精度，提出针对该类气动布局的修正方法。计算结果表明，该文提出的修正方法行之有效，修正后的计算结果与风洞试验结果较为吻合。

关键词：气动特性；快速估算；Datcom

中图分类号：TJ760 文献标志码：A

0 引言

工程算法能够借助解析表达式，快速估算气动特性。如果能够借助或者参考风洞试验和CFD数据，对其中的重要参数进行修正，提高其计算精度，使之达到或接近工程应用的要求，便可大量节省试验成本，缩短研制周期。同时与CFD计算相比，工程算法简易便捷，可作为导弹总体多学科优化的气动学科代理模型。目前，对导弹气动特性进行计算，最常用的方法是使用快速估算软件Missle Datcom。Datcom软件是美国NASA通过大量的风洞试验，对导弹头部、弹身、弹翼、舵面等各个部件的气动特性，以及部件之间的耦合因子进行数据拟合，进而得到的导弹气动特性快速计算程序，气动特性快速计算的主要参数主要通过插值拟合来获取。Datcom软件是目前通用的气动特性快速计算软件，可在气动外形方案论证阶段对外形进行快速的优化设计，但大量实践经验表明，Datcom的计算仍存在缺陷，而且针对不同的布局还不一样，因此对该软件的计算数据进行“去粗取精”，获得准确的结果以此来指导实践十分重要。

该文以无翼式布局导弹全弹法向力和压心计算为例，分析气动快速估算软件Datcom对该类气动布局的计算缺陷，归纳其产生该种缺陷的原因，借助经典气动特性工程估算《箭弹空气动力特性分析与计算》（以下简称《箭弹》）中的气动参数数据，建立针对该类布局的计算修正方法，对Datcom中的气动参数进行修正，提高其计算精度，使之与风洞试验数据吻合。

1 Datcom计算缺陷

1.1 Datcom计算缺陷原因分析

通过与《箭弹》相关数据对比，可分析出针对无翼式布局，Datcom的4条计算缺陷。

（1）在大攻角、低马赫区域，Datcom计算的压心系数明显偏大。与《箭弹》相比。在低马赫区，Datcom的头部压心系数很大，而《箭弹》中的系数很小，在大攻角、低马赫段，如果用《箭弹》的头部压心数据将其替换，就可以使Datcom在低马赫压心系数降低。

（2）在跨声速段，Datcom计算的全弹压心、法向力都偏大。在跨声速段，与《箭弹》相比，Datcom的舵面法向力偏大，可用《箭弹》的数据将其替换，就可以同时降低法向力和压心。

（3）在小攻角、高马赫区，Datcom计算的压心系数偏大，法向力偏小。（如图1所示，图中α为攻角，Ma为导弹飞行马赫数）在高马赫区，《箭弹》中的头部法向力系数明显比要Datcom中要大，使用《箭弹》中的数据与其进行互补，可以有效在小攻角、高马赫段解决法向力偏小，压心系数偏大的问题。

（4）在大攻角、高马赫区，Datcom计算的压心系数偏小，法向力偏小。Datcom的翼身干扰因子数据，在高马赫大攻角段比《箭弹》中偏小，尤其翼身干扰因子KW（B）随马赫数增加下降很明显。如果用《箭弹》中的数据将其替换，就可以同时增大法向力和压心系数。

2.2 Datcom计算缺陷修正方法

上文在阐述计算缺陷的同时，也阐述了修正方法的依據，下面要介绍具体实施的过程。

（1）编写文件读取程序将Datcom后处理文件中的所需参数读取出来。

（2）利用《箭弹》中的数据，对Datcom中需要修正的数据进行修改，按照《箭弹》中的公式重新计算法向力和压心。

依据之前分析的无翼式布局的计算缺陷，经过试探，大概制定了修正方案。

（1）在Ma<1.3并且α>22°，Ma≥4并且10°<α<20°这2个区域，用《箭弹》的头部压心数据；

（2）在Ma>2 并且 α<5°这个区域，采用《箭弹》中的头部法向力数据，用下式计算；

CBN1=CBN+0.8（CBNT-CBN） （1）

其中，CBN1为修正后的头部法向力数据，CBN为Datcom的头部法向力数据，CBNT为《箭弹》中的头部法向力数据；

（3）在1

（4）在Ma*sin（α）>1这个区域，采用《箭弹》中的翼身干扰因子数据。

3 修正结果

经上述方法修正后，Datcom的计算精度可得到明显提高，如图2所示。图中“—*—”为修正前的Datcom的计算值，“— —”是基于以上所提方案修正后的值。

从图2可以看出，针对该无翼式导弹气动外形，采取提出修正方法后，压心精度有了很明显的提高。

4 结论

该文提出的修正方法，可有效修正Datcom对于无翼式布局导弹法向力和压心的计算缺陷，修正方法的关键，在于归纳出Datcom对同一类气动布局的计算缺陷，以及产生缺陷的原因，再利用《箭弹》的数据对关键参数进行修正。笔者也归纳过正常布局的Datcom计算缺陷，同样存在一致性，可利用《箭弹》的数据来修正。

参考文献

[1]本刊编写组.箭弹空气动力特性分析与计算[M].北京：国防工业出版社，1979.

[2]徐敏，安效民.飞行器空气动力特性分析与计算方法[M].西北工业大学出版社，2011.

[3]Willian.Blake， Stanley.Lash. MISSILE DATCOM USERS GUIDE[M].Ohio：Wright Patterson Air Force Base.1997.