基于6DOF的高速射弹入水超空泡特性研究

根据非定常不可压缩流动的N-S方程和k-epsilon湍流模型,利用VOF多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,采用6DOF动网格,对反鱼雷射弹的入水过程进行了仿真。主要研究了两种具有不同空化器形状的射弹分别在入水角为30°和60°的工况下超空泡的形态和发展过程,以及阻力系数的变化情况。将仿真得到的空泡轮廓同经验公式计算结果进行对比,将仿真所得的弹体运动速度同在靶场进行实弹射击的测速结果进行对比,论证仿真程序的可靠性。结果表明:仿真结果与经验公式计算结果、实弹射击结果吻合程度较好,仿真成果可靠性较高;空化器形状对于阻力系数的大小有较大影响,入水角度对阻力系数的变化趋势有较大影响;弹体完全入水后升力系数、阻力系数因尾拍扰动而在一定范围内振荡,大入水角下弹体尾翼对水面的撞击较小入水角下剧烈。研究结果可为进一步研究反鱼雷射弹结构和超空泡射弹的优化提供必要参考。     

大空化数下高速反舰鱼雷锥形空化器锥角研究

根据国内外超空泡技术的研究现状,结合当前鱼雷的发展趋势,论证了发展超空泡鱼雷武器的必要性,研究了大空化数下锥形空化器减阻作用及空化器锥角对空泡的影响.在标准k-ε湍流模型、Mixture多项流模型下,利用Fluent软件分析空化器锥角对空泡的长度、厚度、初始生成位置的影响,分析了不同锥角下空化器减阻效果.仿真结果表明:空化器锥角的变化对空泡的长度影响较大,小角度锥形空化器能有效减小压差阻力,为超空泡鱼雷空化器设计提供理论依据.     

考虑空泡的空投航行器入水弹道研究

在分析有关资料的基础上,对某型航行器的入水弹道进行了详细计算。在考虑入水空泡的基础上,建立了入水过程的运动学和动力学模型,在Matlab环境下进行了仿真计算,求解了航行器带空泡航行阶段的流体动力,给出了2种外形航行器在2种典型工况下的入水深度、姿态和速度随时间的变化。结果表明,展开翼对航行器的空泡段时间影响不大,对入水弹道有非常明显的影响。     

用Mackey方法计算鱼雷带空泡航行时的入水弹道

在英国学者Ｍａｃｋｅｙ文献「１的研究基础上，根据实际空泡 的外形，和理新拟合了空泡椭球模型中的经验常数，分析了由雷体与空泡壁的相互作用引起的鱼雷流体动力变化特性，计算预报的入水弹道与模型试验结果吻合得较好。     

火箭助飞鱼雷的弹道分析

对火箭助飞鱼雷的空中运动、入水运动和水下运动进行了分析，建立了各自的运动方程，指出了各弹道段上主要的弹道特性，为火箭助飞鱼雷的设计和弹道计算提供依据。     

鱼雷小角度入水过程仿真

针对鱼雷小角度入水问题,采用多相流混合模型及动网格方法,分析了鱼雷在小入水角条件下的入水空泡形成过程,以及雷体外形与入水空泡壁的相互作用特点,获得了不同入水角、入水攻角条件下俯仰力矩及力矩作用点位置在入水过程中的变化规律。仿真结果表明,减小入水攻角、延迟动力点火将有助于避免发动机失速、鱼雷跳水等异常现象,采用泵喷射推进器有利于鱼雷入水过程的稳定。     

超空泡射弹小入水角高速斜入水试验研究

为研究超空泡射弹小入水角高速斜入水性能,利用高速摄像技术开展了超空泡射弹入水试验。沿水下弹道轨迹的左侧等距布置压力传感器测试压力变化,分析弹体不同侧滑角入水冲击过程的弹道轨迹、喷溅演变和水下压力波传播特征。结果表明：对于射弹小入水角高速斜入水,弹体小侧滑角入水能形成较光滑透明的入水空泡和稳定的入水弹道,较大的侧滑角易造成空泡内严重雾化、弹道轨迹偏转和弹体损坏等现象,严重程度随侧滑角增大而增大;小侧滑角下弹头空化器及圆锥段斜面与水面的撞击使得入水喷溅在俯视下呈左右近似对称的“蝶”状,侧滑角对前半部分喷溅的左右对称性影响较小,对后半部分喷溅的对称性和范围影响较大,前半部分喷溅的对称轴随着侧滑角增大会出现相应偏转;入水冲击产生的水下压力波变化过程可分成两阶段：由弹体和水域冲击产生的初始压力波动阶段和各压力波叠加的高频脉动阶段,两阶段压力波动因侧滑角增加后入水状态的不同而呈现不同的变化特征。     

空投鱼雷入水后非控弹道减小滚动的技术研究

本文针对热动力空投鱼雷大姿态角、高速入水的战术使用条件，对鱼雷在入水全浸湿后的非控弹道出现的滚动进行了分析研究，探索了减小鱼雷初始滚动在工程上可能实现的技术途径。     

低亚声速射弹垂直入水的流体与固体耦合数值计算研究

基于多物质的任意拉格朗日-欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法,考虑水的可压缩性,建立了低亚声速射弹垂直入水的流体与固体耦合计算模型。对低亚声速射弹入水时空泡、流场与弹道间的多介质耦合问题进行了数值计算,得到了不同入水条件下入水深度、速度变化曲线和空泡面闭合、空泡深闭合时间。模拟了高速射弹入水后的空泡演化过程,得到了射弹初始入水速度对空泡面、空泡深闭合时间的影响规律以及射弹加速度、应力、应变响应。将阻力系数数值计算结果与经验公式计算结果进行了比较,二者吻合良好,表明该数值计算方法是可行的。     

鱼雷入水战斗部动态响应仿真分析

鱼雷入水过程不仅影响鱼雷的弹道,而且对鱼雷的结构及内部元器件等将产生结构功能响应。本文以轻型鱼雷为例,采用ANSYS/LS-DYNA仿真分析软件建立了鱼雷入水的有限元模型,分别计算了在几种不同的入水速度下,鱼雷战斗部壳体关键部位的加速度随时间的变化特性,并对战斗部不同部位的加速度随时间的变化曲线进行了对比分析,得出了在不同的入水速度下鱼雷战斗部的动态响应规律,其结果对于新型触发引信的设计、战斗部装药的安全性设计及其他元器件的抗冲击性能设计具有重要的参考价值。     

雷伞系统入水参数影响因素研究

针对以往对雷伞系统入水参数分析时,只考虑了投雷速度、投雷姿态角以及风速,存在对影响因素考虑不全、不深入等不足的情况,该文建立了雷伞系统三维空间弹道数学模型,对鱼雷的空中弹道进行了仿真计算,并根据仿真结果分析了投雷高度及速度、姿态角、降落伞设计参数以及气象风等对雷伞系统入水参数及弹道稳定性的影响,并得出了有意义的结论,可为空投试验及射表编制提供技术支持。     

舰艇运动对鱼雷发射入水参数影响

舰艇运动对舰载鱼雷发射有较大影响。为了分析舰载鱼雷发射的入水参数,对舰载鱼雷发射入水参数的影响因素进行了研究,综合考虑了舰摇、舰速、发射管转角及鱼雷发射时舰艇姿态对鱼雷入水参数的影响,建立了鱼雷发射入水参数的数学模型,并分别对舰艇运动发射过程与静水中发射过程进行了仿真计算。仿真结果表明,舰艇运动下的鱼雷发射模型能更真实的反映鱼雷发射情况,为舰载鱼雷发射的研究提供参考。     

潜射线导鱼雷蛇形弹道设计及仿真研究

在线导鱼雷攻击过程中,当只有目标方位信息且目标舷角很小时不利于鱼雷捕获目标,为解决该问题,阐述了蛇形弹道搜索的概念,提出了2种线导鱼雷蛇形弹道搜索使用时机。建立蛇形弹道搜索控制模型,并进行了仿真验证。研究结果表明：采用线导加尾流自导蛇形弹道搜索在只有目标方位信息且小目标舷角情况下可以有效提高鱼雷捕获目标尾流的概率,为解决进入尾流舷别不确定给攻击带来的问题,又提出了利用尾流自导加声自导攻击目标的组合使用方法,该方法可保证鱼雷命中目标概率;采用线导加声自导蛇形弹道搜索在目标方位无效情况下可以有效扩大鱼雷机动范围,捕获目标概率要高于直航搜索捕获目标概率。     

火箭助飞鱼雷水下水平发射弹道设计

为了实现火箭助飞鱼雷采用潜艇鱼雷发射管发射，对火箭助飞鱼雷的水下水平发射的有关问题进行了探索性研究，设计了火箭助飞鱼雷运载器的总体方案并进行了弹道规划，提出了火箭助飞鱼雷倾斜出水并偏航避艇的水下弹道运动方式。运用动量和动量矩定理，在运载器体坐标系下建立了运载器的6自由度弹道数学模型，提出了相应的弹道控制规律，并在MATLAB／Simulink环境下对火箭助飞鱼雷运载器的水下弹道进行了数值仿真，结果表明，火箭助飞鱼雷的总体方案及弹道规划方案可行，通过操舵控制可以实现运载器倾斜出水并偏航避艇的设计要求。     

鱼雷引信全电子安全系统保险与解除保险逻辑设计

基于解除保险环境激励的特性和识别方式,选择鱼雷初始弹道水压信息、安全距离信息和目标信息作为解除保险环境激励,设计了一种能够切合鱼雷弹道特性的保险与解除保险逻辑,既实现了解除保险环境激励同保险与解除保险逻辑之间的良好匹配,又能保证鱼雷全弹道的安全性.运用马尔科夫理论,对所设计的保险和解除保险逻辑进行了分析,计算得到的安全性指标远大于GJB373A对引信安全系统的要求,能够满足鱼雷引信高安全性的设计要求.     

无空化雷头设计及CFD性能分析校验

利用等强度线源与平行流叠加法设计流线型鱼雷头部外形,使鱼雷头部表面最大减压系数小于空泡数,设计出无空化鱼雷头部轮廓线型。运用流体力学理论分析法求得该鱼雷头部表面的压力分布及最大减压系数,并用计算流体力学（CFD）方法（加空化模型）对所设计雷头进行数值模拟。CFD计算得到的鱼雷头部表面的压力分布与理论公式值相比较,误差在1％以内,验证了数值模型的准确性。最后运用CFD后处理技术,显示设计雷头空化情况,可以看出无空化产生,即验证了所设计雷头的无空化性能。     

火箭助飞鱼雷捕获概率的解析模型

针对火箭助飞鱼雷作战方式及弹道形式与传统声自导鱼雷的不同,深入分析了搜索区域、落点散布和目标散布等影响火箭助飞鱼雷捕获概率的关键因素,得出了各要素的数学描述。进而综合考虑3 个要素的相互关系,并根据不同射击方式下目标散布模型的本质区别,分别采用“误差综合冶与“全概率冶的思想,构建了前置点和现在点2 种典型射击方式下火箭助飞鱼雷捕获概率的解析模型。且其计算值与仿真实验结果吻合良好。     

无人水下航行器发射鱼雷初始弹道分析

为分析鱼雷从无人水下航行器发射后的航行安全性,建立了鱼雷发射后的初始弹道模型并进行了仿真,分析了鱼雷发射参数对初始弹道的影响,确定无人水下航行器发射某型鱼雷的合理参数,并进一步分析了初始弹道中鱼雷的航行姿态以确保结论的正确性.仿真结果表明在合理设置发射参数的前提下,鱼雷从无人航行器发射后初始弹道符合战场环境的要求,无人水下航行器发射鱼雷是完全可行的.