偏转头弹箭是指弹箭头部可根据不同工况进行偏转,使弹头和弹体轴线之间形成夹角,头部迎风面和背风面产生一定压差,从而形成空气动力来操纵弹体,控制其飞行姿态。偏转头弹箭具有结构简单、控制效率高等优点,因此研究其控制机理具有深远的意义。本文首先基于Euler方程和二阶AUSM格式,对偏转头弹箭在攻角为零,马赫数为Ma=2.0、3.0和4.0及其头部偏角分别为0°、4°、和8°条件下的流场进行了数值模拟,发现偏转头对弹气动特性的影响主要集中在弹丸头部,对下游流场的影响较小。随后为了避免二维流场的局限性,全面揭示偏转头弹箭的流场与气动特性,本文基于分离涡(DES)方法对以上条件下偏转头弹箭的三维流场进行了数值模拟,发现随偏角的增大,偏转头弹箭升力增大梯度大于阻力增大梯度。另外,通过同样的数值方法对偏转头弹箭在非零攻角下的超声速流场和气动特性进行了数值模拟。结果表明,当有效入射角相等时,即使弹箭的攻角不一样,其头部流场结构仍相同,且尾翼流场基本不受头部偏角影响。由气动力系数变化曲线可知,偏转头弹箭具有良好的纵向稳定性,且升阻比大于普通弹箭。最后,对偏转头弹在高空气体中的超声速流场和气动特性进行了数值模拟。与低空时的常规结果相比,发现二者的流场结构相似,但气动力系数存在一定的差异。其升力、阻力和俯仰力矩系数均小于常规情况,因而偏转头弹箭在高空中的控制效率下降。