Утицај рада система управљања вектором потиска вођених ракета на њихове аеродинамичке карактеристике

Abstract

Mechanical Engineering / Aeronautics

Предмет докторске дисертације је експериментално и нумеричко истраживање утицаја и ефеката рада система за управљање вектором потиска (УВП) на аеродинамичке карактеристике ракета, спроведено кроз испитивања у аеротунелу и нумеричке симулације динамике флуида комерцијалним софтвером. Истраживање утицаја дејства реактивног млаза и карактеризација струјног поља извршена је кроз испитивање модела противтенковске вођене ракете кратког домета у подзвучној струји. Поменута ракета има управљачки систем базиран на. Примењен је систем управљању вектором потиска са урањањем препрека у бочни млаз, због предности овог начина управљања над осталим код оваквих и сличних ракета. Мотор на чврсто ракетно гориво позициониран је у предњем делу ракете. Мотор има две бочне млазнице, постављене под углом од 40°, у односу на осу ракете и позициониране у центру масе. Бочним млазом се једним делом остварује потисак ракете, док се други део употребљава за стварање асиметричног струјања за контролу и управљање. Бочни млазеви имају значајан утицај на аеродинамичке карактеристике, посебно у случајевима када се командује УВП-ом, односно кад млазеви делују асиметрично усмерени на исту страну ракете. Највећи утицај млаза добијен је на мањим Маховим бројевима, тј. у почетној фази лета ракете, што је оправдано због тога млазеви много више утичу на слободну струју са мањом брзином. Мања брзина, такође, подразумева и мање стабилности ракете, па је фаза после лансирања најосетљивији део лета, и мора се посебно истражити.Струјни феномени који се јављају као последица дејства рада система УВП веома су сложени, а ефекти дејства евидентни су на свим компонетама ракете. Циљеви ове дисератције су да се у потпуности анализирају ефекти дејства хладног реактивног млаза система УВП на основу резултата из аеротунелских тестова и CFD симулације и да се дефинишу најадекватније сличности параметра које би произвели топли продукти сагоревања. Теза обухвата примену савремених метода нумеричке симулације, као и коришћење екперименталних испитивања основних феномена везаних за интеракцију реактивног млаза и слободне подзвучне струје. Такође, један од циљева ове тезе био је да се на основу добијених експерименталних података употпуне знања везана за интрференцију суперсоничног млаза и слободне подзвучне струје, као и да се употпуни оскудна база података у поменутом режиму испитивања. У докторској дисертацији дефинисана је побољшана методологија истраживања ефеката реактивног млаза у аеротунелима и предложен је начин одређивања интерференције рада система за управљање вектором потиска на аеродинамичке карактеристике вођених ракета, као једног од основних предуслова за структурну, анализу стабилности и анализу перформанси. Верификација и валидација процеса извршена је кроз одговарајућу примену комерцијалног нумеричког софтверског кода за прорачун аеродинамичких ефеката млаза на перформансе вођене ракете

The subject of the PhD thesis are effects of lateral jets on aerodynamics of а missile model that are investigated, experimetaly in a wind tunnel and numerically by using commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Research on the lateral jet effect and characterization of the flow field was experimentally performed in tests of a short range anti tank guided missile model in the subsonic wind tunnel. The jet tabs type of thrust vector control (TVC) is applied, because of this type advantages for this type of missile. The missile’s solid propellant sustainer is positioned in forward section. The sustainer has two lateral nozzles. Angle between missile’s and nozzle’s axis are 40°, and the nozzles are positioned in the missile’s center of gravity. The lateral jet is partially used to create missile thrust and in the other things to create asymmetric flow necessary for the control and manage. The lateral jets have significant influence on missile’s aerodynamics characteristics. Influence is more significant when TVC generating commands, when jets are asymmetrically directed on same side of the missile. In experiments is observed greatest jets influence in the initial phase of the missiles flight. It is possible that jets more modifies weak small Mach number air flow field. Smaller velocity also means less missile stability, so after-lunch phase is the most sensitive part of flight, and mast be properly investigated. The objectives of this thesis have to fully analyze the effects of cold jet TVC system based on the results of wind tunnel tests and CFD simulations and to define the most appropriate parameter similarities to produce hot combustion products. The thesis includes the use of modern methods of numerical simulation, and the use of experimental tests of basic phenomena related to the interaction of the lateral jets and the subsonic crossflow. Based on the obtained experimental test results, one of the goals of this thesis was to complement the knowledge about influence of the supersonic lateral jet and subsonic crossflow, as well as to complement poor databases in the mentioned test regime, also. The flow field phenomena that occur as a result of the TVC system activity are very complex and influence all other components of the missile. In the PhD thesis an improved methodology for the jet reaction effects investigation in the wind tunnels is defined, and a method for determining of the TVC system interference on the aerodynamic characteristics, as a basic prerequisite for structural, stability and performance analysis, is proposed. Verification and validation process was carried out through the proper application of the commercial CFD software code for calculation of the lateral jet aerodynamic effects on the guided missile performances