[科普中国]-弹道风洞

风洞

风洞实验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。

风洞实验的理论依据是运动相对性原理和流动相似性原理。根据相对性原理，飞机在静止空气中飞行所受到的空气动力，与飞机静止不动、空气以同样的速度反方向吹来，两者的作用是一样的。但飞机迎风面积比较大，如机翼翼展小的几米、十几米，大的几十米（波音747是60米），使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来，其动力消耗将是惊人的。根据相似性原理，可以将飞机做成几何相似的小尺度模型，只要保持某些相似参数一致，试验的气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度，并可以根据试验结果推算出真实飞行时作用于飞机的空气动力。

捕获弹道试验(CTS)技术CTS技术所谓CTS(Captive trajectory simulation)技术，就是在风洞中测量载机和外挂物(如导弹)模型在初始发射状态下的气动力，由测得的气动力通过计算机中的数学模型计算出下一时刻外挂物应处的位置和姿态，然后把外挂物移到这一位置，再测量此位置下外挂物所受的气动力，再计算下一个位置点，如此反复直到初始弹道结束。

此种外挂物可控轨迹试验可以是间隙式或连续式，其外挂物的位置移动都是通过计算机自动控制的。间隙式方法是当外挂物运动到位后，风洞要停车，进行信号采集和数值计算，然后再进行到下一位置，其间外挂物的运动速度是不变的。连续式方法是在风洞不停车的情况下，由计算机依据数学模型的每一瞬时外挂物的速度分量相似到模型的速度分量，连续控制修正外挂物的运动速度，从而获得一条完整的初始发射弹道。以上两种方式，各有其特点，但都可以在不同条件下成功地完成需要的模拟试验。CTS的主要组成部份如图所示。

双支撑试验台(TSR)图是英国AEA高速风洞使用的一种测量机载外挂静态弹道和网格法测量的双支撑试验台（Two Sting Rig），一个尾支杆支撑的是载机模型，另一个尾支杆支撑的外挂物模型，此乃CTS技术的典型设备。

外挂模型与母机模型随尾支架一起可以旋转正负180度，外挂模型内装六分量天平，由电机带动绕支杆轴旋转正负160度，并可获得正负30度的俯仰与侧滑角，俯仰和偏航装置可以由平移装置进行延伸平动以模拟有动力制导武器，并实现初始弹道瞬时位置和姿态的运动与变化。

TSR系统通过安装在风洞试验段前方的电视摄像机来直接测量外挂物的运动。伺服系统用联用的计算机，依据载机发射或释放外挂物时的速度、高度、载机攻角、爬升角和载荷系数等飞行条件的变化，在不停止风洞运行(即连续式)的条件下，随时修正试验弹道的初始条件。

CTS技术的优缺点a、优点

（1）可以提供详细的弹道数据随时间的变化;

（2）多用途，可以随时变化输入;

（3）可以判断计算方法的可靠性;

（4）可以得到释放分离图像的基本量级。

b、缺点

（1）静态技术参数用于动态输入，带来一定的误差;

（2）弹射释放装置及制导武器模拟困难;

（3）缺少机械运行的函数模型;

（4）受限于外挂物支撑系统的机械极限。

尽管CTS技术存在一定的缺点和不足，但它仍然是比较各种计算方法的基准，因为它提供了相对精确的弹道数据和直接观察，成为机载导弹或其它外挂物的系留、释放和发射系统设计的最方便、经济、可靠的试验手段。只是在试验过程中，对于静态方法应给出与动态差异的修正量，如有攻角下外挂的机械变形、气动阻尼等影响，以导数形式来计算相应的力和力矩，经修正后加到测得的相应参数上，并以此参数预测下一个弹道点，从而弥补以上缺陷引起的测量误差，使得CTS技术更加完善和准确。1

遭毁伤巡航导弹气动特性风洞实验高效毁伤和拦截巡航导弹是当前反导技术研究领域面临的重大课题.从目标易损性分析角度看，巡航导弹毁伤分为KK级(摧毁)和C级(不能完成预定作战任务)2个等级.在毁伤元作用下直接引爆战斗部或使之发生结构解体是KK级毁伤的主要模式，而破坏巡航导弹气动外形使之发生偏航而无法命中预定打击目标，是C级毁伤的重要模式之一。李向荣等以“战斧”多用途巡航导弹偏航毁伤为研究应用背景，针对拦截弹药打击下可能出现的典型弹翼折弯毁伤模式，进行了风洞实验模型设计及气动特性参数测试和分析。

主要结论有：

①弹翼折弯对巡航导弹侧向力、偏航力矩有显著影响，对升力、滚转力矩有一定影响，但对阻力及其它气动力特性参数影响很小；

②侧向力系数随弹翼折弯角度增大近似呈线性增长，而且这种影响随飞行马赫数的增大而增强；

③当弹翼折弯角增大到45度时，某些巡航导弹气动特性参数随马赫数和侧滑角的变化趋势发生明显改变；

④弹翼折弯使导弹所受气动横向载荷大大增加，这将导致巡航导弹严重偏航，不能完成预定作战任务。2