旋转弹头水平入水空泡及弹道的实验研究

利用数字式高速录像机实验研究了头部为半球形的弹头与手枪普通制式弹头在两个水深、6种速度下水平入水时的空泡及弹道特征。实验结果表明,弹头形状对弹头空泡与入水弹道的稳定性有着重要影响。半球形弹头表现出较好的弹道稳定性,而普通制式弹头的弹道不稳定,呈现出特有的藕节形空泡。在一定的速度范围内,弹头入水的速度衰减规律具有一定的相似性,表现出极强的速度衰减特性。建立了弹头水中速度衰减规律的数学预报模型,并与实验结果进行了比较,理论与实验结果符合得较好。     

半疏水-半亲水球体垂直入水空泡数值仿真研究

采用流体体积多相流模型耦合连续表面力模型,对具有非对称表面润湿性的半疏水-半亲水球体垂直入水空泡形态发展过程进行数值仿真,分析了半疏水-半亲水球体垂直入水过程中受到的流体动力。研究结果表明：半疏水-半亲水球体垂直入水后,产生非对称入水空泡及“心”型喷溅,同时球体运动轨迹将偏离原竖直运动轨道,由疏水半球一侧向亲水半球一侧偏斜;入水初期,在球体表面形成液体薄层运动,在疏水半球一侧,液体薄层与球体表面分离,导致空气进入形成敞开空泡;在亲水半球体一侧,液体薄层沿球体表面向上运动最终在球体顶点汇聚;液体薄层汇聚后形成楔形流,楔形流在球体顶点与球体表面分离,继续向疏水半球一侧产生的入水空泡壁面运动并撞击,形成“心”型喷溅。     

预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性研究

为了研究预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性,开展了入水角为20°时的试验研究。超空泡航行体由空气炮加速获得入水初速度,采用高速摄像机记录入水空泡流型,同时由内测系统记录航行体的运动参数和尾部压力变化。对预置舵角为0°和20°时的试验结果进行对比分析,给出了预置舵角下航行体倾斜入水弹道特性,并进一步研究了不同预置舵角对弹道的影响。试验结果表明：预置舵角为0°时航行体以超空泡状态沿直线运动;预置舵角为20°时出现显著的尾拍现象,轴向力和法向力增大,弹道特征体现为偏向水面弯曲,航行体最终以双空泡状态航行,弹道偏转趋势提升;增大预置舵角有助于增强航行体的弹道偏转能力。     

空投 UUV 入水冲击仿真研究

空投布放的水下航行器在入水冲击初期会遭受巨大的冲击载荷,可能对壳体结构和携带的仪器设备造成很大的危害。掌握 UUV 在不同工况入水时所受冲击力的情况,对研究空投 UUV 壳体强度设计和安全入水方法都有着非常重要的作用。建立了 UUV 入水有限元仿真模型,并利用 ANSYS ／LS-DYNA 对 UUV 在多种工况下入水时所受冲击力的情况进行计算。最后通过分析仿真结果数据得到几点有益的结论,为空投 UUV 安全入水提供有价值的参考。     

平头尖拱体斜入水冲击理论建模与仿真

以冲击体入水动力学和入水弹道学理论为基础,针对平头尖拱体入水冲击这个复杂物理现象,引人体现液面隆起现象的沾湿因子,用等效液面代替自由水平液面,建立了斜入水高速冲击的运动学和动力学冲击模型,其中动力学模型是根据平头尖拱体沾湿面的具体几何形状而建立。然后通过时间步进技术编制斜姿态入水冲击耦合程序进行仿真计算,不仅得到斜入水冲击的最大冲击载荷,而且得到入水初始状态条件和入水冲击载荷之间的关系,以及模型中考虑液面隆起对斜入水冲击载荷计算结果的影响。最后重点分析入水过程中轴向、纵向冲击载荷和冲击转动力矩的变化规律,为忽扑、击水弹跳现象或后继的弹道提供预报。     

刚性球体三维入水冲击数值仿真

为研究球体入水冲击载荷特性，并进一步研究相似准则及各参数的影响，使用CFD方法和重叠网格技术对刚性球体入水问题进行数值仿真，分析不同比例完全相似的球形结构体在不同入水角度和入水速度等多种工况下的冲击载荷特性。结果表明：采用控制变量法在一定参数范围内入水冲击载荷峰值与球体半径的2次方、入水速度的1.5次方和入水角度的0.6次方依次成比例；在质量和速度耦合分析中入水冲击载荷峰值与入水速度的1.5次方和质量的0.5次方的乘积近似成比例。研究结果可为模型试验提供参考，为从模型数据计算实型数据提供计算法则。     

声呐浮标空投入水受力特性仿真研究

针对声呐浮标由于入水动态特性所造成的空投姿态与定位精度的变化,基于非定常势流理论建立了旋成体声呐浮标入水冲击非定常特性的数学模型.以某型声呐浮标入水临界点为初始条件给出了仿真测量结果,并对比分析了不同入水角与不同入水速度对声呐浮标动态特性的影响.仿真结果显示,改变入水角和入水速度均能显著改变声呐浮标入水动态响应特性,但...     

鱼雷入水初期水弹道稳定技术分析

本文通过对鱼雷三自由度纵向姿态运动的分析,运用“固化系数法”,讨论得出入水鱼雷带空泡航行保持姿态运动稳定的条件。由此,提出入水鱼雷尾部稳定器设计原理思想,并初步论证了尾部稳定附件的功用和现实性。     

大口径弹体高速入水载荷特性研究

针对未来海上平台发射大口径抛射体入水冲击载荷问题,为了研究速度接近200 m/s时,不同速度、入水角度以及攻角对大口径平头弹体入水径向载荷以及轴向载荷的影响,基于LS-DYNA软件,采用多介质ALE方法,对速度在150～190 m/s,入水角度在45°～60°之间,具有3°～7°攻角的弹体入水模型进行数值模拟。结果表明:在同一入水速度的情况下,轴向载荷峰值随入水角度的增加而增加,径向载荷峰值随着入水角度的改变有一定的波动; 在入水初期,径向载荷到达峰值后慢慢趋于稳定并收敛于0; 径向载荷的峰值出现在轴向载荷撞水瞬间产生的第1次小峰值时刻; 正攻角会使弹体产生顺时针旋转的径向载荷,负攻角会使弹体产生逆时针旋转的径向载荷,载荷大小随着攻角数值大小的增大而增大。     

高速旋转小球入水空泡特性数值模拟

为了深入研究旋转体入水空泡特性,采用VOF均值多相流模型、k-ω湍流模型以及动网格技术,开展了低弗劳德数条件下高速旋转小球入水过程空泡特性的数值模拟研究.分析已公开发表的关于运动体入水数值仿真的相关论文,总结了入水数值模拟的最优参数选择,建立了适用于高速旋转小球入水数值模拟方法.开展不同入水速度和比重的小球入水过程的数值模拟,对比分析了入水空泡的形成、发展、闭合和溃灭的演化过程.数值计算结果表明:高速旋转小球在入水深度0.25d范围内出现逆升力偏移现象,逆升力偏移距离随小球速度和比重的增加而减小;逆升力的大小与入水速度成反比,而与比重无关.相同比重的小球,不同入水速度的轨迹相似;速度相同的小球,比重越大的轨迹曲率较小.高速旋转小球入水空泡依次发生纵向闭合和横向闭合的二次闭合的现象,且入水速度越大,纵向闭合越明显.空泡闭合深度、空泡最大直径以及尾空泡直径均随着速度和比重的增加而增大,且速度变化产生的影响更加明显.