杨云军

报告题目：

旋转弹箭面外力矩通用建模与锥运动稳定性贯通研究

个人简介：

杨云军，研究员，博士生导师，中国航天科技集团公司学术技术带头人，享受政府特殊津贴。中国力学学会流体力学专业委员会委员，计算物理常务理事，中国空气动力学会高超声速专业委员会秘书长、计算流体力学专业委员会委员，《空气动力学学报》编委。主要的研究方向包括：复杂干扰与多体分离评估，多学科耦合数值虚拟飞行，先进CFD技术等。发表学术论文40余篇，出版专著《高超声速空气动力设计与评估方法》。

摘要：

旋转飞行是弹箭类飞行器广泛使用的飞行方式。然而弹箭旋转衍生出锥形运动，锥运动稳定性问题攸关射程和落点精度。20世纪60年代奈特霍克（Nitehawk）火箭、本世纪初西班牙140mm火箭以及火箭增程设计、高原型设计都遇见了匪夷所思的锥运功失稳发散，表现为近弹，即与理论设计相比弹道下沉、速度降低、射程变短。

近10年国内外气动研究者已经能够较准确预测旋转弹箭的面外力矩（亦称广义马格努斯力矩)，动力学研究者也在动态稳定性分析和鲁棒控制等方向取得系列化的进展。遗憾的是，动力学分析均采用适用于无翼旋转弹丸的经典马格努斯力矩而完美错过了有翼旋转弹箭面外力矩的静态部分。

本文将旋转弹箭面外力矩解构为静态部分和经典马格努斯力矩部分，进一步提出了面外力矩关于物形非对称尺度、攻角、转速等参数的模型，同时通过数值模拟验证了通用气动模型具有高精度。面外力矩通用气动模型具有一定普适意义，从理论上指明了相关气动设计及优化的攻关方向，构成气动/动力学贯通研究的重要基点。基于通用气动模型，针对性提出改善锥运动稳定性的调控原理，通过变尾翼偏转角、变质心等调控方式的实际效果。变质心可便捷调整旋转弹箭锥运动稳定性，并发现质心存在后限制点的刚性定量要求，也恰巧吻合了传统无控旋转弹箭设计静稳定裕度的工程经验准则。最后以经典旋转火箭宽域条件飞行失稳为对象，构建了高精度旋转气动数据建库与锥运动稳定性判据方法，对高原失稳和增程失稳进行量化分析并揭示相关动力学机理。