水下航行体超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性

针对航行体水下垂直发射过程,利用固体火箭发动机在尾空泡内点火实现有控运动,是保证复杂因素干扰下航行体弹道稳定的重要手段。基于流体体积模型、标准k-ε湍流模型和动网格技术,通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,获得超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性及其演化规律。结果表明：航行体出筒后形成的半椭球状附体尾空泡,在超声速射流作用下逐渐演变成葫芦状,其内部流动受到破坏后进行重构,没有形成回射流现象;超声速射流完全受限在尾空泡内发展,射流流动主要位于径向尺寸和喷管出口直径相当的核心区内,在射流卷吸作用和空泡界面影响下,尾空泡内相继出现了一次涡环和二次涡环结构;航行体尾部与筒口中心位置压力呈现宽幅振荡特征,最大振幅约为发射水深压力的1.2倍,致使射流结构和航行体受到的实际总推力出现大幅度振荡变化。     

基于NURBS曲面建模的三维空泡形态计算方法

空泡形态研究是超空泡航行体设计与应用的关键所在。对于充分发展的空化,将Logvinovich空泡截面独立膨胀原理与NURBS方法结合,通过航行体和空泡面的NURBS曲面建模和求交运算得到航行体的三维空泡形态,分别就轴对称型定常空泡、小攻角引起的非轴对称型定常空泡以及航行体竖直向上运动过程中的非定常空泡进行了模拟。结果表明:该方法可用于计算具有复杂外形航行体的三维空泡形态,并且可视化程度高,具有一定的工程应用参考价值。     

水冲压发动机喷管构型设计

水冲压发动机是一种新概念推进器,其通过在混合腔内气液两相混合形成泡状流,在喷管内气泡膨胀对液相做功,使气液两相混合物动量增加,从而产生推力,推动航行体前进。通过分析单个气泡在水中的运动,对喷管的长度进行了设计;利用空隙率测量技术与气液两相流均相流模型相结合,对喷管的截面面积分布进行了设计。     

水下冲压发动机喷管内两相流动

研究了水下发动机喷管内的气液两相泡状流,基于一维定常假设,运用双流体模型建立了数学模型。模型中考虑了气泡的动力以及气液间的热交换作用。分析了气体温度、喷管壁面摩擦力和初始空隙率对流动的影响,可为水下冲压发动机的研究提供一定的参考。     

大攻角下轴对称航行体空化流动特性试验研究

为掌握大攻角条件下轴对称航行体的空泡形态以及表面压力分布特征,本文对不同攻角,不同空泡数条件下轴对称航行体的流体动力特性进行了水洞试验研究,获取了不同试验条件下空泡的不同形态和压力分布.试验结果分析表明,在大攻角状态下,航行体表面的空泡分布不对称性加剧,迎背水面压差作用范围加大,导致航行体法向受力加大.研究结果在工程设计中有重要意义.     

一种新型水下栅格翼的空泡水动力试验

为了寻求一种新型的适用于水下航行器上的栅格翼,开展了栅格翼外框剖面形状及格片数量对其流体动力特性影响的试验研究.通过对试验给出的4种栅格翼的流体动力特性研究发现,其中一款低阻力外形栅格翼其剖面形状具有一定的减阻效果;增加栅格翼格片的数量可以提高升力,但同时也会增加阻力;当栅格翼产生空化后,其升力急剧下降,而阻力略有降低.本文的试验结果可以为水下栅格翼的外形设计提供参考.     

水下超声速燃气射流的初期流场特性研究

针对超声速燃气射流在静水介质中扩展的复杂多相流动问题,在压力水筒中开展了固体火箭发动机水下点火实验;基于雷诺时均Navier-Stokes方法和流体体积模型,对相同工况进行了燃气与水耦合数值求解。研究结果表明：水下燃气射流迅速建立超声速流动后,高速射流的冲击作用导致燃气泡呈现出帽状特征,并逐渐演变为类椭球体的气囊,平均轴向扩展速度约为40 m/s;燃气泡内部流动结构复杂,存在两个剪切涡环与重复出现的激波胞格,射流边界与燃气泡边界的相互作用会导致射流后续演化的不稳定;燃气扩展时通过压力波在水流场中产生高压区,其压力峰值在振荡中逐渐与环境压力匹配,喷管堵盖打开压力、出口截面积是影响推力峰值的重要因素。