Study on Influence of Flight Conditions on Coupling Interference Flow Field of Attitude and Divert Jets

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2026.04.007

Abstract

Abstract:

The reaction control system is less affected by the aerodynamic environment， can stably provide a large overload in a large airspace， and significantly improves maneuverability， making it an effective way to improve the maneuvering performance of aircraft. For the advanced interceptor technology （AIT）-like cone-column-skirt shape， this paper studied the flow characteristics of the coupling interference of attitude and divert jets under typical flight conditions using the numerical simulation method of computational fluid dynamics and analyzed the variation laws of the characteristic parameters of the coupling interference flow field of attitude and divert jets （bow shock height， separation distance， length of low-pressure area， and separation circumferential angle） with flight altitude， Mach number， and angle of attack. The results indicate that the variations of the characteristic parameters of the coupling interference flow field of attitude and divert jets with flight conditions are different， and the variation with flight altitude is particularly obvious； under the condition of the same flight altitude， the variation laws of the characteristic parameters of the divert jet flow field with Mach number and angle of attack are similar； influenced by the divert jet， the variation laws of the characteristic parameters of the attitude jet flow field with flight conditions are more complex.

Key words: complex flow, attitude and divert jet, jet interference, flow field characteristic, numerical simulation

摘要：

反作用控制系统受气动环境影响小，可在大空域范围内稳定提供大过载，大幅提升机动能力，是一种有效提高飞行器机动性能的方式。针对类AIT（advanced interceptor technology, 先进拦截技术）的锥柱裙外形，采用计算流体力学数值模拟方法，开展了典型飞行条件下姿轨控喷流耦合干扰流动特性的研究，分析了姿轨控耦合干扰流场特征参数（弓形激波高度、分离距离、低压区长度、分离周向角）随飞行高度、马赫数、攻角的变化规律。研究结果表明：姿轨控耦合干扰流场的特征参数随飞行条件的变化存在差异，且随飞行高度的变化尤为明显；相同飞行高度条件下，轨控流场特征参数随马赫数、攻角的变化规律相近；受轨控喷流的影响，姿控流场特征参数随飞行条件的变化规律更为复杂。

关键词: 复杂流动, 姿轨控喷流, 喷流干扰, 流场特性, 数值模拟

CLC Number:

V211.3

Shuai SU, Ning Cao, Baoxue LIU, Peng PENG, Mingran DONG. Study on Influence of Flight Conditions on Coupling Interference Flow Field of Attitude and Divert Jets[J]. Modern Defense Technology, 2026, 54(4): 70-80.

苏帅, 曹宁, 刘保学, 彭鹏, 董明然. 飞行条件对姿轨控耦合干扰流场的影响研究[J]. 现代防御技术, 2026, 54(4): 70-80.

Figures/Tables 18

Fig. 1 Cone-column-skirt shape

Table 1 Incoming flow parameters

马赫数Ma	飞行高度H/km	攻角α/（°）
5，6，7，8	20，25，30，35，40	0，±2，±4

Table 2 Divert jet exit parameters

马赫数Ma_jD	静温T_jD/K	静压P_jD/Pa
2.649	121.97	133 300

Table 3 Attitude jet exit parameters

马赫数Ma_jA	静温T_jA/K	静压P_jA/Pa
2.549	127.49	160 000

Fig. 2 Grid layout near nozzle

Fig. 3 Overall grid layout

Fig. 4 Typical flow field structure

Fig. 5 Definition of characteristic parameters of interference flow field

Fig. 6 Pressure contours under different flight altitude conditions

Fig. 7 Variation of characteristic parameters of divert jet flow field with flight altitude

Fig. 8 Variation of characteristic parameters of attitude jet flow field with flight altitude

Fig. 9 Pressure contours under different Mach number conditions

Fig. 10 Variation of characteristic parameters of divert jet flow field with Mach number

Fig. 11 Variation of characteristic parameters of attitude jet flow field with Mach number

Fig. 12 Pressure contours under different angle of attack conditions

Fig. 13 Variation of characteristic parameters of divert jet flow field with angle of attack

Fig. 14 Variation of characteristic parameters of attitude jet flow field with angle of attack

Fig. 15 Comparison of flow characteristics of divert jet and attitude jet

References 30

[1]	李素循. 近空间飞行器的气动复合控制原理及研究进展［J］. 力学进展， 2009， 39（6）： 740-755.
	LI Suxun. Progress in Aerodynamics of Combination Control for Vehicles at High Speed［J］. Advances in Mechanics， 2009， 39（6）： 740-755.
[2]	唐志共，杨彦广，刘君，等. 横向喷流干扰/控制研究进展［J］. 实验流体力学， 2010， 24（4）： 1-6.
	TANG Zhigong， YANG Yanguang， LIU Jun， et al. The Investigation and Expectation on Lateral Jet Interaction/Control［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2010， 24（4）： 1-6.
[3]	管再升，阮文华，刘伟，等. 轨控推力矢量技术在防空导弹上的应用研究［J］. 空天防御， 2020， 3（2）： 1-7.
	GUAN Zaisheng， RUAN Wenhua， LIU Wei， et al. Study of Trajectory-Controlled Thrust Vector Technology Application in Air Defense Missile［J］. Air & Space Defense， 2020， 3（2）： 1-7.
[4]	贾倩，魏明英，郭大勇. 高空轨控式直接侧向力/气动力复合控制方法［J］. 现代防御技术， 2015， 43（6）： 61-67.
	JIA Qian， WEI Mingying， GUO Dayong. Orbital Lateral Thrust/Aerodynamic Force Blended Control Method in High Altitude［J］. Modern Defence Technology， 2015， 43（6）： 61-67.
[5]	PRICE B B， ELLIOTT G S， OGOT M. Experimental Optimization of Transverse Jet Injector Geometries for Mixing into a Supersonic Flow［C］∥29th AIAA， Fluid Dynamics Conference. Reston： AIAA， 1998： AIAA 1998-3019.
[6]	BRANDEIS J， GILL J. Experimental Investigation of Super- and Hypersonic Jet Interaction on Configurations with Lifting Surfaces［C］∥22nd Atmospheric Flight Mechanics Conference. Reston： AIAA， 1997： AIAA 1997-3723.
[7]	SRIVASTAVA B. Aerodynamic Performance of Supersonic Missile Body- and Wing Tip-Mounted Lateral Jets［J］. Journal of Spacecraft and Rockets， 1998， 35（3）： 278-286.
[8]	GNEMMI P， SEILER F. Interaction of a Lateral Jet with the Projectile External Flow［C］∥Atmospheric Flight Mechanics Conference. Reston： AIAA， 2000： AIAA 2000-4196.
[9]	GRAHAM M J， WEINACHT P. Numerical Investigation of Supersonic Jet Interaction for Axisymmetric Bodies［J］. Journal of Spacecraft and Rockets， 2000， 37（5）： 675-683.
[10]	阮文华，刘小波，李小林. 导弹侧向喷流干扰特性数值模拟［J］. 弹箭与制导学报， 2018， 38（5）： 95-101.
	RUAN Wenhua， LIU Xiaobo， LI Xiaolin. Numerical Investigation of Lateral Jet Interaction Flowfield on Missile［J］. Journal of Projectiles， Rockets， Missiles and Guidance， 2018， 38（5）： 95-101.
[11]	赖江，赵忠良，李玉平，等. 导弹模型后体横向喷流干扰特性［J］. 航空动力学报， 2019， 34（2）： 469-478.
	LAI Jiang， ZHAO Zhongliang， LI Yuping， et al. Transverse Jet Interaction Characteristics on Rear Section of Missile Model［J］. Journal of Aerospace Power， 2019， 34（2）： 469-478.
[12]	李亚超，阎超，张翔，等. 超声速横向喷流侧向控制的数值模拟［J］. 北京航空航天大学学报， 2015， 41（6）： 1073-1079.
	LI Yachao， YAN Chao， ZHANG Xiang， et al. Numerical Simulation of Lateral Control in Supersonic Cross Jet Flow［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2015， 41（6）： 1073-1079.
[13]	贾洪印，吴晓军，周乃春，等. 导弹侧向喷流干扰及多喷口耦合效应数值模拟［J］. 空气动力学学报， 2017， 35（6）： 837-840.
	JIA Hongyin， WU Xiaojun， ZHOU Naichun， et al. Numerical Investigation on Coupling Effects of Multiple Spouts and Lateral Jet Interaction over Missile Configuration［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2017， 35（6）： 837-840.
[14]	李斌，王学占，刘仙名. 大攻角侧向多喷干扰流场特性数值模拟［J］. 航空学报， 2015， 36（9）： 2828-2839.
	LI Bin， WANG Xuezhan， LIU Xianming. Numerical Investigation of Multi-lateral Jets Interactions Flow Characteristics at High Angle of Attack［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2015， 36（9）： 2828-2839.
[15]	刘耀峰，薄靖龙. 侧向喷流干扰流场建立与消退过程数值模拟［J］. 宇航学报， 2015， 36（8）： 877-884.
	LIU Yaofeng， BO Jinglong. Numerical Simulation of Establishment/Vanishment Process of Lateral Jet Interaction Flowfield［J］. Journal of Astronautics， 2015， 36（8）： 877-884.
[16]	蒋胜矩，王建，刘万刚，等. 导弹脉冲喷流矢量控制中的气动干扰数值模拟［J］. 弹箭与制导学报， 2010， 30（1）： 173-175.
	JIANG Shengju， WANG Jian， LIU Wangang， et al. Numerical Simulation of Aerodynamic Effect of Missile Lateral Impulse Jet Control［J］. Journal of Projectiles， Rockets， Missiles and Guidance， 2010， 30（1）： 173-175.
[17]	陈坚强，陈琦，谢昱飞，等. 侧向喷流与舵面运动相互干扰的数值模拟研究［J］. 宇航学报， 2014， 35（5）： 515-520.
	CHEN Jianqiang， CHEN Qi， XIE Yufei， et al. Numerical Study on the Interaction of Lateral Jet and Rudder Movement［J］. Journal of Astronautics， 2014， 35（5）： 515-520.
[18]	孙瑞斌. 超/高超声速流中轨控喷流干扰相似参数研究［J］. 航空动力学报， 2025， 40（9）： 9-23.
	SUN Ruibin. Study on Similarity Parameters of Divert-Jet Interaction in Supersonic and Hypersonic Flows［J］. Journal of Aerospace Power， 2025， 40（9）： 9-23.
[19]	孙瑞斌. 超/高超声速流中热喷效应的影响差异分析［J］. 航空动力学报， 2025， 40（5）： 360-373.
	SUN Ruibin. Analysis of Differential Influence of Hot Jet Effect in Supersonic and Hypersonic Flow［J］. Journal of Aerospace Power， 2025， 40（5）： 360-373.
[20]	孙瑞斌，倪招勇. 超声速锥-柱-裙不同燃气喷流侧喷干扰效应［J］. 航空计算技术， 2024， 54（3）： 96-101.
	SUN Ruibin， NI Zhaoyong. Interference Effects of Different Combustion Gas Lateral Jets on Supersonic Cone-Cylinder-Flare［J］. Aeronautical Computing Technique， 2024， 54（3）： 96-101.
[21]	李小林，杨帆，王楷，等. 格栅尾翼布局轨控干扰性能研究［J］. 上海航天（中英文）， 2024， 41（4）： 27-35.
	LI Xiaolin， YANG Fan， WANG Kai， et al. Study on Attitude-Orbit Control Interference Performance of Grid Fin Layout［J］. Aerospace Shanghai， 2024， 41（4）： 27-35.
[22]	李小林，吴王浩，周波华，等. 格栅尾翼布局的姿轨控直接力气动力特性研究［J］. 上海航天（中英文）， 2023， 40（4）： 109-118.
	LI Xiaolin， WU Wanghao， ZHOU Bohua， et al. Study on Aerodynamic Performance of Attitude-Orbit Control for Grid Fin Layout Under Direct Forces［J］. Aerospace Shanghai， 2023， 40（4）： 109-118.
[23]	NI Z Y， LI S X， SUN Y T. Visualization of Pressure Contour and Oil Flow Pattern on Interactive Flowfield［C］∥The 7th Asian Symposium on Visualization， Singapore，2003.
[24]	周维，刘宏，刘嘉，等. 超音速来流中侧向喷流干扰流场的数值模拟［J］. 航空学报， 2004， 25（2）： 108-112.
	ZHOU Wei， LIU Hong， LIU Jia， et al. Numerical Simulation of Lateral Jet Interaction in Supersonic Flow［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2004， 25（2）： 108-112.
[25]	闫宝琴，李素循，许能喜. 横向喷流引起的三维复杂干扰流场结构研究［J］. 流体力学实验与测量， 2004， 18（3）： 59-63.
	YAN Baoqin， LI Suxun， XU Nengxi. Study of a 3D Complex Interference Flow Field Structure Induced by Transverse Jet［J］. Experiments and Measurements in Fluid Mechanics， 2004， 18（3）： 59-63.
[26]	王军旗，李素循，倪招勇，等. 数值模拟侧向超声速单喷流干扰流场特性［J］. 宇航学报， 2007， 28（3）： 598-602.
	WANG Junqi， LI Suxun， NI Zhaoyong， et al. Numerical Simulation of Characteristics of Supersonic Jet Interaction Flowfields［J］. Journal of Astronautics， 2007， 28（3）： 598-602.
[27]	苏帅，曹宁，刘保学，等. 动量比相似参数对姿轨控耦合干扰流场的影响研究［C］∥北京力学会第30届学术年会论文集. 北京：北京力学会， 2024： 684-686.
	SU Shuai， CAO Ning， LIU Baoxue， et al. Study on the Influence of Momentum Ratio Similarity Parameters on the Coupled Disturbance Flow Field of Attitude and Divert Jet［C］∥Proceedings of the 30th Annual Conference of BSTAM. Beijing： Beijing Society of Theoretical and Applied Mechanics， 2024： 684-686.
[28]	ROE P L. Approximate Riemann Solvers， Parameter Vectors， and Difference Schemes［J］. Journal of Computational Physics， 1997， 135（2）： 250-258.
[29]	YOON S， JAMESON A. Lower-Upper Symmetric-Gauss-Seidel Method for the Euler and Navier-Stokes Equations［J］. AIAA Journal， 1988， 26（9）： 1025-1026.
[30]	SPALART P R， ALLMARAS S R. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows［C］∥30th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston： AIAA， 1992： AIAA 1992-439.