Simulation of semi LRHW/C-HGB design.(类LRWH/C-HGB高超声速弹头的仿真)

因为一般军事相关的技术会被网友当成黑魔法，并且沦落为靠分类法斗兽棋，所以我个人来说其实比较乐于扯点。这次我建模并仿真了LRWH的C-HGB高超声速弹头的一些基本的气动性能数据。这次的仿真因为需要跑的case很多，所以每个case我没办法使用太大的网格数，否则整个仿真可能要跑一个多月才能出结果。要是哪天整了个工作站或者服务器，可能我会重新跑跑看。索性我简单的跑过网格相关性，并不会对结果有什么实际影响，单纯自己心里有点不舒服。

当然，我不能保证模型完全一模一样，所以这里其实可以用一种比较万金油的说法。把这种直接叫 类C-HGB弹头 即可。

这里附上一些基本的参数，这里的数据和实物当然可以有些区别，不过最终重要的事那几个无量纲

• 水平面投影面积 Sref = 0.58 m²
• 正面投影面积 0.1659 m²
• 水平面投影面积/正面投影面积 3.5
• 容积 V = 0.13338372 m³
• V^2/3/S = 0.45
• AR = 0.893
• 压强 287.14 Pa
• 温度 250.4 k

可以看到，作为高超声速飞行器，C-HGB总体更加短粗，这是因为C-HGB的作为包括潜艇平台发射的火箭载具本身头部空间受限导致的。这对于超声速飞行总体事不利的。相对的，C-HGB的V^2/3/S相对锥体弹头低一些，这是因为C-HGB使用了相对较大翼面，能够一定程度对性能做出补偿。

整个CFD下来26个case，当然我不可能把每个图都挑出来，放了两个。

首先事基本的升阻力系数和升阻比，可以看到类C-HGB总体阻力系数随着马赫数降低增加。这是基本所有这种马赫数的飞行器的共通点，并且随着马赫数增加Clα降低。类C-HGB的最大升阻比在2.15附近。

除了十字形的姿态，C-HGB也可以如图以X形姿态飞行。在8马赫下对X型姿态的仿真得到的升阻性能与十字形相仿。

作为对比，我这里找了两个别的高超声速飞行器的数据对比：

• slender bi-cone body: 细长的双锥体¹，具有较高的升阻比，原文没有更多细节。
• space shuttle like²: 类航天飞机的超高声速滑翔器，高超声速风洞验证例。

高超声速弹头通过滑翔，慢慢损耗动能进行滑翔。这里可以在已知升阻力下，用简单的模型得到最大升阻比下的滑翔轨迹。这里估算弹头的重量在270kg，密度2.025g/cm³。

首先，已知最大升阻比的升力系数随马赫数变化。这里可以使用简单的方程来描述。并且已知马赫数和空速的关系

Cl = KM+a
M = V/C
Cl = K(V/C)+a

可以很容易得到在滑翔飞行时的等式：

（KV/C + a)V²Sρ=2m

其中K和a事描述升力系数和马赫数关系的常数，V为空速，C为当地声速，ρ为流体密度，m为飞行器质量。可以绘制出不同高度下的空速和马赫数。

接下来对曲线插值，有升阻比可以绘制出滑翔距离和速度、马赫数的关系和滑翔的轨迹。这里因为我没有调整不同高度下的声速，所以马赫数会略有一些差距。

可以看到从当地声速17马赫³开始滑翔到2马赫，滑翔距离为3200km。具体可以查询相关资料⁴。

原式资料给定声速为海平面声速，即340.3m/s。以海平面声速计马赫数，绘制随着滑翔的飞行平均马赫数。按标称的10马赫寻找滑翔距离。

可以看到，10马赫飞行速度对应3095km滑翔距离，滑翔结束时飞行速度为海平面声速4马赫。