铁饼飞行轨迹的CFD/RBD耦合仿真与投掷策略分析

摘要

研究铁饼投掷过程的空气动力学和飞行力学问题、精确预测铁饼的飞行轨迹，可以指导运动员运用更优的投掷策略来提高比赛成绩。本研究采用数值虚拟飞行仿真技术，耦合求解非定常雷诺平均N-S方程和刚体动力学方程，充分考虑铁饼飞行过程中显著的气动/运动非定常耦合效应，对不同铁饼投掷参数情况下的飞行轨迹和运动姿态进行了仿真预测，分析了自转角速度、抛投姿态角等投掷参数对铁饼飞行距离的影响，并筛选出使铁饼的飞行距离最远的投掷参数组合。数值仿真结果表明：铁饼在大迎角失速飞行段存在显著的气动迟滞现象，失速和气动回滞能够减小铁饼在自旋飞行中的进动速度，进而对铁饼的飞行轨迹产生显著的影响。因此，精确计入铁饼气动力的迟滞效应对于准确预测铁饼飞行轨迹和姿态非常关键。通过增加自旋角速度，并配置适当的初始滚转角和初始俯仰角，能够合理控制铁饼飞行的进动速度，利用气动力延长铁饼飞行滞空时间，进而有效提升铁饼的飞行距离。

关键词

虚拟飞行仿真 / 动态气动力 / 迟滞效应 / 大迎角 / 进动 / 铁饼

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.U2141254)