超空泡鱼雷超空泡发生器方案设计探讨

根据俄"暴风"超空泡鱼雷公开资料,运用气体发生器及动力源火工品设计原理,进行超空泡鱼雷超空泡发生器方案论证,对超空泡发生器气源类型、总体结构、气量调节等关键技术进行了研究,并设计了试验用超空泡发生器.验证试验结果表明:设计的超空泡发生器能够满足鱼雷超空泡的用气量要求,并可实现流量控制.说明设计方案具有较好的可行性.     

超空泡技术的应用现状和发展趋势

综述了超空泡技术的应用背景、理论基础、研究概况和目前存在的问题．文章从空泡流理论出发。介绍了超空泡的定义、超空泡减阻的基本思想和超空泡鱼雷的工作原理，并分析了超空泡技术研究中的关键问题和未来发展趋势．     

超空泡鱼雷推进系统相关问题设计初探

总结了超空泡鱼雷对推进系统的3个设计要求，通过超空泡鱼雷推进系统与传统推进系统比功率的对比，确定超空泡鱼雷推进装置的类型宜选喷射推进装置；计算确定了鱼雷航程与燃料比冲量及密度的关系，选择水反应金属作为主要燃料。对采用金属水反应发动机的超空泡鱼雷推进系统工作原理和控制方式进行了详细论述，提出使用启动药柱和涡流旋转燃烧室解决金属水反应发动机启动和持续反应的问题，通过改变超空泡鱼雷尾部喷嘴喷出气体的方向来控制鱼雷的航行姿态。研究表明，采用铝水反应发动机的喷射推进系统可以满足超空泡鱼雷推进系统的设计要求。     

美国超空泡鱼雷专利技术新动向

近几年来,美国海军研究署持续投资美海军水下战中心和宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室,用于开展超空泡武器技术的基础研究和应用研究。美海军近期对超高速鱼雷的最迫切需求是将其应用于鱼雷防御系统,以对抗尾流自导鱼雷。这里介绍2004年以来公布的4项由美海军水下战中心的研究人员作为发明人的美国专利,这些研究成果集中反映了可供参考的对超空泡航行体的空泡产生、保持、控制的一系列措施,这将有助于了解美海军在超空泡鱼雷技术方面的最新进展。     

超空泡形状计算及相关试验研究

俄罗斯学者以大量试验为基础,采用半经验的方法,在超空化减阻的研究上取得了举世瞩目的成就,并研制成功了100kn／s的高速鱼雷。介绍了饿罗斯及乌克兰关于超空泡问题研究的部分典型理论和试验结果。分析总结了超空泡形状计算的基本经验公式,介绍了乌克兰科学院流体力学研究所基于势流理论和试验结果而开发的关于超空泡计算的软件,以及部分相关的重要试验的结果。     

国外超空泡技市及其应用

简要介绍了超空泡的定义、特点，超空泡航行器及其构成；详细论述了超空泡技术的应用情况，并分析了超空泡航行器的关键技术及其发展趋势。最后强调了我国开展超空泡技术研究的重要性。     

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.     

欧洲反鱼雷鱼雷研发展望

介绍了德国研发中的“梭鱼”轻型超空泡反鱼雷鱼雷以及法国提出的重型反鱼雷鱼雷的总体概念、技术特点和部分试验结果，分析了它们产生的背景和意义。“梭鱼”鱼雷采用开式超空泡，头部锥形空化器、控制舵和自导头集成为一体，在已进行的单项试验中，速度达到240kn，可进行机动，自导发现重型鱼雷距离大于200m。仿真结果表明，“梭鱼”鱼雷可为舰艇提供效果显著的近程拦截能力。法国DCN公司基于增加战斗部威力的目的，将研究重点放在了重型反鱼雷鱼雷上。设计了3种威胁想定：反潜机在0．5—3km距离内空投轻型鱼雷，水面舰艇在3—6km距离内发射轻型鱼雷，潜艇在4—10km距离内发射重型线导鱼雷，并对其进行了仿真试验。对DCN通过仿真所得出的不同报警距离的拦截成功率、鱼雷空间交汇时间概率分布、最小交汇距离概率分布以及拦截距离概率分布等仿真结果进行了综合分析。     

美对完善“超空泡鱼雷技术”的构想

据美《今日防务》9月20日报道，自上世纪80年代，前苏联独家推出了超空泡鱼雷后，引起了世界鱼雷业界的轰动。     

俄罗斯和乌克兰超空泡减阻技术研究进展

俄罗斯在超空泡减阻方面取得的成就是举世瞩目的, 根据对俄罗斯和乌克兰从20世纪60年代开始公开发表的理论与试验文献, 从几个方面进行了总结分析.总结了超空化体的阻力系数以及空泡形态计算的理论研究成果以及若干计算公式.总结了考虑重力影响对空泡形态影响的理论与试验计算公式, 以及对通气空泡形态和通气规律的影响, 并介绍了消除重力影响的试验方法.最后还介绍了非定常空泡形态计算方法和非定常情况下通气超空泡的动力学等问题上的研究成果.     

多重扰动下通气超空泡稳定性模拟研究

根据Logvinovich 独立膨胀原理和质量守恒方程建立非定常通气超空泡数学模型,并基于此模型,分别考虑了通气扰动、速度扰动、空化器转动扰动及其组合多重扰动情况,对超空泡形态进行了数值模拟,进而对超空泡的稳定性进行了分析。研究表明:速度扰动对通气超空泡形态稳定性起主导性作用,其扰动带来的空泡振荡特性也最强烈;空化器转动扰动能小幅度影响超空泡形态,并决定空泡恢复稳定后的最终长度;通气扰动作用相对微弱,三者扰动同时存在时,其作用几乎可以忽略。     

尾流自导鱼雷断层和空穴运动仿真研究

舰船尾流中的断层和空穴对尾流自导鱼雷影响很大,严重时可能使鱼雷出现反向导引,导致鱼雷命中概率的降低和航程损失的增大。该文基于M atlab的多状态值仿真,分析了三波束尾流自导鱼雷在不同形状和尺寸的断层和空穴中的运动规律,及其鱼雷最大回旋角度的变化规律和相应的鱼雷弹道变化特点。仿真结果表明,较小尺寸（断层宽度小于等于7.25 m,空穴半径小于等于8.24 m）的断层和空穴对鱼雷运动没有影响,此时鱼雷回旋角等于0;°当回旋角大于0°,鱼雷在断层中的运动比空穴中的复杂。这为三通道尾流自导鱼雷对抗断层和空穴的程序弹道设计提供参考。     

非定常人工通气超空泡数学仿真与分析

针对人工通气超空泡涉及因素多、时变特性强、实现难度大、成本代价高的复杂工程问题,开展了非定常人工通气超空泡数学仿真研究.根据Logvinovich的空泡截面扩展独立性原理,建立了非定常通气超空泡形态模型,给出了仿真计算方法,对影响超空泡形态的因素进行了动态仿真计算,得到了不同充气参数和运动参数下空泡形态变化规律以及与航行体表面的相对位置关系,提出了满足航行体高速运动稳定的空泡闭合位置要求.研究结果对水下高速航行体的通气系统设计和航行性能设计均具有重要的参考价值,并可为工程应用研究提供理论基础.     

超空泡航行器流体动力仿真分析

超空泡航行器在水下运动时，其大部分表面被超空泡包裹，构成了一种新的流体动力布局，运动模式完全不同于常规航行器，其受力状态也极其复杂，这种新的流体动力是非线性的。为了进一步分析超空泡流场中航行器的受力特性，需要对其流体动力进行线性化处理。本文描述了超空泡形态，讨论了影响超空泡变形的主要因素，对超空泡流场中航行器的滑行力和空化器升力做了分析和线性化处理。仿真结果表明，滑行力和空化器升力在一定范围内是线性的，利用经线性化的力可进一步分析航行器的运动特性。     

自然超空泡形态稳定性的数值仿真

为了研究自然超空泡形态稳定性,根据Logvinovich独立膨胀原理发展了一种用于计算非定常自然超空泡形态的计算方法.运用该方法对自然超空泡形态进行了数值仿真研究.研究表明流场压力、模型速度、模型后体和空化器阻力系数都会对自然超空泡形态稳定性产生影响.不同幅度、不同频率和不同形式的扰动对自超空泡形态稳定性的影响不同,自然超空泡在受到扰动后表现出波动性和时间滞后性.     

轴对称超空泡流振动频率特性

针对复杂超空泡系统微分方程求解困难的问题,提出了一种研究超空泡稳定性的方法,根据Logvinovich截面独立扩张原理,建立了空泡非定常流动模型,再由气体状态方程,将空泡内气体的体积与空泡内气体的压力建立函数关系,经过理论推导,得出空泡内压力的微振方程。通过对压力微振方程的求解,得到超空泡流的振动频率特性。结果表明,空泡的稳定性与动力学相似参数有关,当把该动力学相似参数控制在一定范围内时,空泡在运动过程中是稳定的,否则空泡的稳定状态就会被打破,使空泡破灭。该方法有助于更好地掌握超空泡技术,为工程实践提供理论支撑。     

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。     

基于RANS方法超空泡流数值计算方法研究

为了得到超空泡流准确的数值计算方法,基于乌克兰国家科学院IHM的空泡形态计算经验公式与Logvinovich空泡截面独立扩张原理,利用数值优化的方法,建立了空泡形态计算模型;采用有限体积法验证了超空泡流的数值离散方法,对不同空化数下,5种两方程RANS模型进行了数值计算,数值计算结果与基于经验公式的空泡验证模型比较表明：Kω-Sst模型相比其他两方程 RANS 模型准确度更高,关于空泡最大截面直径的无量纲计算误差小于14％;对空泡长度的数值计算误差小于8％,空化数小于0．01时,小于4％。基于建立的准确数值计算模型,对空化数为0．015时超空泡航行体进行了流场特性数值计算。结果表明：由于空化器锐缘影响,在空化器后部形成了高速气流区域并且存在明显的速度梯度,艏部空化器附近承受静水压力达123个大气压。基于数值计算结果,为超空泡航行体设计提供了改进意见。