潜射导弹尾部燃气后效建模及数值模拟

利用Rayleigh-Plesset方程,建立了等压球状尾泡模型,分析了尾泡的泡内压力变化.通过尾泡方程与导弹运动方程的联合求解,讨论了燃气泡对垂直发射潜射导弹弹道轨迹的影响.结果表明,导弹在出筒后,由于环境压力的变化,尾部压强有小幅波动,随着尾泡尺寸的减小,波动周期越来越短,与试验测量结果吻合较好.     

带空泡运动航行体的附加质量研究

提出了确定带自然空泡运动物体附加质量的方法.这一方法基于在数值水洞中作摇荡运动物体的水动力计算, 包括两个主要步骤:首先采用CFD技术模拟空泡流场,求解水动力;然后根据物体运动方程,由水动力计算出附加质量.研究了带自然空泡圆盘和轴对称细长体的附加质量.计算结果与理论解一致,验证了本文方法的有效性.与切片法相比,本文方法可以更为准确地定量预报带空泡运动轴对称细长体的附加质量.     

绕二维对称水翼的通气空泡流数值研究

本文通过有限体积离散方法求解Reynolds平均Navler—Stokes方程，采用VOF法追踪气一液两相交界面。研究了在高压低速来流，即本质上不发生自然空化的条件下，绕二维对称水翼的非定常通气空泡流动。分析了物理参数——通气方向角和攻角，对通气空泡外形、稳定性及水动力参数的影响。计算结果表明：在通气空泡的形成过程中，通气方向角存在着一个临界值，使得空泡形态由片状空泡过渡到超空泡；特定的参数组合将会诱发空泡表面出现波动现象。而且，当攻角做周期性变化时，水动力参数的变化也随之满足周期性规律，且出现阶段性振荡。     

回转体空泡流特性研究

利用CFD商业软件F1uent 6．0中的基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型进行了回转体空泡流特性研究。首先采用二维轴对称求解器进行了不同头体的空泡几何特性研究，及局部空泡阻力特性分析，探索了空泡减阻的机理。然后采用三维求解器进行了非零攻角空泡流及超空泡数值模拟。给出了较易产生空泡的头型，与实验结果符合得较好；得到了零攻角和非零攻角情况下的双空泡及超空泡形态。     

空化噪声谱特性研究

空化发生时,气泡经历成长、溃灭、反弹、再溃灭等复杂过程,辐射出尖的声压脉冲,对空泡辐射的噪声特性起主导作用。空泡一次溃灭辐射的脉冲可以用单指数函数或双指数函数来描述,空泡多次溃灭辐射的脉冲可以用振幅衰减的指数函数序列来描述,本文对这些指数模型进行了详细的分析,得到不同模型对应的噪声谱。指出了这些模型的适用范围。并对经典单空泡噪声谱的特征进行了解释和说明。本文还利用多次脉冲对应的噪声谱解释了实验得到的噪声谱在中间的频率范围内的起伏现象     

波浪对水翼非稳态空泡流动特性的影响研究

基于雷诺平均Navier-Stokes方程、Singhal-Et-Al全空化模型和修正的RNG k-ε湍流模型的VOF多相流动数学模型,采用PISO算法的有限体积法和数值水池技术,对波浪作用下NACA0012水翼的非稳态空泡流动特性进行了数值研究,分析了波高和水翼浸深对水翼非稳态空泡的形态演化和脱落频率的影响.计算结果表明:空泡非稳态周期性脱落频率随波高的增加而增加,随水翼浸深的增加而逐渐减小.与无波情况相比,空泡在波谷处提前断裂,空泡形态也因为波谷下方速度场的影响而向上鼓起.由于自由液面的界面效应,空泡形态较无界情况偏扁,并且液面对脱落涡系有吸引作用.     

附着空泡对潜射导弹弹道影响分析

为了研究附着空泡对潜射导弹弹道的影响,根据潜射导弹肩空泡尾段压力分布特性,建立了弹体运动方程,分析了潜射导弹弹体所受外力和外力矩,建立了肩空泡尾段横向力模型。通过对潜射导弹所受流体动力进行建模,求解导弹运动方程,得到不同工况下的水弹道结果。将采用弹道计算模型得到的结果与同工况试验结果进行了比较分析,结果表明,由于空泡发展不对称引起的空泡尾段横向力对弹体扶正具有较大影响,相较于发射深度、出筒速度,迎背流空泡长度差对出水俯仰角及俯仰角速度影响更大。     

通气空泡流的多相流模型与数值模拟

本文基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型．并耦合自然空泡模型,提出一种用于求解通气空化与自然空化共同作用下的通气空泡流的方法。模拟了定常状态下绕三维轴对称体的通气空泡流动,验证了模型的有效性;并着重研究了通气量对通气气幕及水动力特性的影响。计算结果表明,适当的通气世对产生稳定有效的超空泡是十分重要的。     

水下航行体尾喷燃气与通气超空泡相互作用的研究

基于Reynolds平均Navier-Stokes方程和Mixture多相流模型,耦合自然空化模型,采用有限体积法,建立了气、汽、液多相通气空泡流和燃气射流的数值模拟方法,模拟了超空泡航行体尾部燃气射流与通气空泡的相互作用,研究了通气量和燃烧室总压对它的影响.计算结果表明:燃气射流对于通气空泡流具有引射作用,使得空泡尺度特别是其后部明显收缩,空泡变短,"颈缩"位置前移,航行体阻力系数变大,导致泄气截面面积减小,并影响泡内的压力分布.     

导弹垂直发射出筒过程中通气空泡流研究

将通气空泡技术应用于导弹水下垂直发射出筒过程,通气空泡是高速航行体获得稳定空泡的一种重要技术。采用基于Mixture多相流模型的有限体积法求解RANS方程,结合动网格技术,对水下垂直发射导弹出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟,研究导弹的流体动力特性和通气空泡的演化。结果表明通气空泡可减小导弹出筒过程中的阻力和改善导弹的流体动力载荷。