Improved Estimation of Air-to-Air Missile Aerodynamic Characteristics with Using CFD Method

Mejora de la estimación de las características aerodinámicas de los misiles aire-aire mediante el método CFD

El artículo describe un procedimiento de resolución del problema especial del método de volúmenes finitos (FVM) que trata del cálculo de un campo de flujo alrededor de un misil aire-aire en el rango de velocidad subsónica, transónica y supersónica para obtener un coeficiente de arrastre (cD). Se hace hincapié en la solución numérica y en los fundamentos del FVM, así como en el uso de un modelo de turbulencia k-ω para la simulación de los campos de flujo subsónico y supersónico alrededor del misil aire-aire AIM-9 Sidewinder versión M. Los resultados obtenidos de las características aerodinámicas del misil se verifican utilizando un software semiempírico y mediante el análisis de los campos de flujo.

1. Introducción

La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) es ya una rama clásica de la dinámica de fluidos contemporánea. En las últimas décadas, la CFD ha utilizado ordenadores personales o estaciones de trabajo con software apropiado basado en estructuras de datos y análisis numérico para resolver problemas de interacción entre fluido y objeto sólido en un dominio de integración definido.

La CFD basada en el método de los volúmenes finitos (FVM) también se aplica cada vez más dentro del ciclo de desarrollo de las nuevas generaciones de misiles aire-aire. La creciente importancia del FVM refleja el aumento de los requisitos de mayor velocidad de los misiles, mayor capacidad de maniobra u otras exigencias tácticas. Otro factor del creciente papel de la FVM es la mejora de la eficacia de la ingeniería en el ámbito de los procesos de diseño y desarrollo de sistemas de misiles, así como su análisis. Cuando se aplica correctamente, la disciplina de CFD debería desempeñar un papel alternativo en sustitución de algunos enfoques empíricos y experimentales en la resolución de problemas complejos de los dominios de flujo y transferencia de calor. En cualquier caso, el FVM es una herramienta de bajo coste en comparación con las pruebas clásicas de vuelo o de túnel de viento en aviación o aerobalística.

Este artículo describirá el procedimiento para resolver el problema especial FVM que trata del cálculo del campo de flujo alrededor del misil aire-aire en el rango de velocidades subsónico, transónico y supersónico para obtener el Coeficiente de Arrastre (cD). cD es el coeficiente aerodinámico más requerido, que se necesita en los cálculos de rendimiento de misiles. En un ámbito limitado de este artículo, nos ocuparemos de una breve descripción de los fundamentos de FVM. Se hará hincapié en la explicación del modelo de turbulencia k-ω utilizado para resolver este problema.

Para resolver cualquier problema de FVM, será necesario crear: 

• el cuerpo tridimensional del objeto examinado en una herramienta adecuada de dibujo asistido por ordenador (CAD),
• el volumen de integración, en el que el fluido medial actuará sobre la superficie del objeto examinado.