水下射弹典型空化器的超空泡形态特性分析

基于均匀多相流假设,建立了水下射弹自然超空泡流动的多相流CFD模型,研究了圆锥和圆盘2种头形空化器的超空泡形态特性,分析了空化数、头形、半锥角、空化器直径等对超空泡形态特性的影响,圆盘空化器有利于水下射弹形成超空泡流.在此基础上,通过FLUENT软件的自定义函数将边界条件的采流速度转化为时间的函数,数值模拟了圆盘空化器水下射弹的空泡流发展过程,分析了射弹在水下运行过程中空泡形态的变化特性.结果表明,射弹在水下航行中,表面形成的超空泡长径比很大,随着空化数的增加,超空泡流迅速衰减.     

水下高速射弹超空泡形态与阻力特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了自然空化流动的多相流模型,利用软件Fluent6.0对水下高速射弹空泡流动进行了数值模拟,计算了4种射弹模型在高速运动下的超空泡形态以及阻力系数,分析了射弹空化器直径、长细比和空化敷等对射弹超空泡几何形态以及阻力特性的影响.仿真结果表明,随着空化数的增加,超空泡直径与长度减小;空化器直径对射弹阻力特性的影响显著;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数.     

自然超空泡形态特性的数值模拟

基于流体计算分析软件Fluent6.3,对4种典型空化器头型建立了计算模型,进行了超空泡流动状态下的数值模拟研究,就空化器头型、空化器直径以及空化数等因素对自然超空泡形态特性的影响进行了分析探讨。数值模拟计算结果表明：空化器头型对超空泡形态特性影响明显,在相同条件下,平头空化器比锥角、圆头空化器更易形成自然超空泡,所形成的超空泡尺寸最大;当空化器形状以及空化数相同时,自然超空泡尺寸变化与空化器直径成线性正比关系;超空泡尺寸随着空化数的减小,成非线性的递增规律,而轴对称自然超空泡的长径比变化主要取决于空化数大小,空化数越小,自然超空泡长径比越大。     

不同空化器对水下射弹动态减阻特性影响分析

为了研究水下高速射弹在运动过程中空化器形状对减阻特性的影响,基于Rayleigh-Plesset单一介质可变密度混合多相流模型、6DOF动网格技术,对带不同空化器射弹的水下动态运动进行了分析研究。分析了不同空化器的超空泡射弹在空化和全沾湿两种情况下减阻特性和空化数变化。结果表明圆盘空化器直径为0.5 mm的减阻性能最佳,而圆锥空化器圆锥角为60°的射弹平均减阻率最佳;对比两种空化器结构的射弹,在一定的范围内,圆盘空化器更适用于水下小口径高速射弹。本研究结果对水下高速射弹动态减阻特性分析具有一定的参考价值,并为空化器的优化提供了一定的指导方向。     

高速射弹出水过程中水弹道问题研究

在研制高速射弹出水实验装置的基础上,利用实验和数值模拟的方法研究了细长圆柱型射弹(简称射弹)高速出水时包裹着射弹的超空泡的发展、脱落及其与自由面相互作用的全过程。根据测得的实验数据,计算出高速射弹出水过程中的空化数和阻力系数,参考Reichardt和Munzner以及Logvinovich公式,给出了阻力系数和空化数的多项式关系拟合公式,进一步形成了阻力系数归一化数值处理方法。结果表明:该高速射弹出水瞬间存在攻角时,非轴对称的空泡溃灭会使射弹的运动方向发生偏转;适当增大射弹的长径比或空化器长度,有利于高速射弹的水下运动减阻。基于FLUENT软件并采用VOF方法,对高速射弹出水过程进行了三维数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好。该文还给出一个出水过程中水弹道偏转的示例,说明射弹在水下与超空泡壁面的碰撞滑移会引起水中弹道的偏移。     

水下高速射弹超空泡流特性分析

基于Rayleigh—Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下高速射弹自然空化流动的多相流模型,通过商业软件Fluent自定义函数将边界条件中的来流速度改写为时间函数并嵌入到软件中,分析了射弹在水下高速运动过程中超空泡几何形态的变化规律及其阻力特性,仿真结果表明：超空泡的相对长度、相对直径以及长细比随空化数增加而减小;超空泡的长细比越大,射弹的阻力系数越小;随着射弹速度衰减,射弹总阻力系数增大。     

水下高速射弹空泡形态与阻力特性研究

试验研究射弹在水下带空泡高速运动存在诸多限制,为了获得水下高速射弹的空泡形态和阻力系数的变化规律,分别采用CFD仿真软件和应用基于空泡截面独立扩张原理建立的公式来研究水下高速射弹的空泡形态及阻力特性。研究结果表明,仿真计算结果与公式计算结果吻合良好;随着空化数的减小,空泡的相对长度、相对直径和长细比都在增大;在小空化数下,空泡前部形态基本不变,阻力系数主要为压差阻力系数,其值基本不变。提出了水下高速射弹外形设计步骤：公式计算初步建立模型一仿真计算修改模型一试验确立模型,旨在为射弹的外形设计提供参考。     

水下射弹自然超空泡特性数值模拟与试验

利用CFD计算软件Fluent6.3,对水下靠惯性高速运动的某型超空泡射弹在一定空化数范围内的自然超空泡特性,以及空化器设计与弹形尺寸匹配性进行了研究分析。在此基础上,进行了射弹试验,观测了弹丸在水下高速航行过程中空泡的生成情况、航行姿态和航行距离。综合计算数据和试验结果,对该型射弹弹形结构设计的合理性、超空泡减阻效果给予了评价。     

水下射弹的空泡形态特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了水下射弹空泡流动的多相流CFD模型,对水下运动射弹的空泡特性进行了数值模拟,将数值仿真结果与试验数据进行了对比,数值计算与试验结果符合较好.在此基础上,计算了零攻角条件的不同头形空化器及相关参数变化的水下射弹空泡形态特性,分析了空化数、头形、半锥角、空化器直径等对水下射弹运动形成空泡形态的影响.研究结果为进一步研究水下射弹的空泡运动提供了理论参考.     

圆盘空化器超空泡形态三维数值模拟研究

基于结构化网格,运用N-S方程及k一ε湍流方程对均质流场求解,引入修正的Rayleigh-Plesset方程模拟空泡问题。对三维圆盘空化器在不同空化数下进行超空化流动数值模拟,将仿真结果与经验公式进行对比,二者具有良好的一致性。并且解决了带攻角圆盘空化器生成超空泡的数值模拟问题,详细分析了带攻角圆盘空化器生成超空泡的形态特征,总结了带攻角圆盘空化器与无攻角圆盘空化器的优缺点,为优化超空泡形态,实现高效减阻提供了参考依据。     

圆盘空化器超空化绕流流场结构及动カ特性的数值分析

应用均质平衡流模型对圆盘空化器超空化非定常绕流流场进行数值计算研究。为了更准确地捕捉流场的非定常特性,通过对ANSYS_ CFX10.0软件的二次开发引入了基于滤波器的湍流模型,空化模拟则采用基于Rayleigh-Plesset方程的质量传输模型。在此基础上,计算了绕圆盘空化器超空化形态及升力和阻力随时间的变化曲线。计算结果显示：绕圆盘空化器的超空化流场可分为上游的高含汽率区和下游的汽液交混区,前者形成稳定的驻涡而具有稳定的空泡形态,后者则随着尾部涡团的交替发展而逐渐向下游扩展,最后稳定为拟圆锥状空化带;在超空化形戍过程中,圆盘空化器可迅速获得稳定的升阻力。     

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.     

头支撑下空化器外形对通气超空泡的影响

目前,空化器外形对超空泡形态的影响研究都是在空化器前的流场未被干扰时进行的,当水洞试验因采用头部支撑方式而影响了空化器前的流场时,通气超空泡形态随空化器外形的变化规律尚不明确。本文应用计算流体力学(CFD)仿真软件FLUENT,参照头支撑下通气超空泡生成的试验模型,建立了随空化器直径、连接杆直径和空化器锥角变化的仿真模型。在通气量一定的情况下,通气超空泡的长度和长径比随头支撑连接杆的增大而增大,随空化器直径的增大而减小,随空化器锥角的减小而增大,并深入研究了空化器外形对空泡尺寸的影响规律,为水洞超空泡试验在头支撑方式下空化器外形的设计提供参考。     

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。     

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。     

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.     

锥形空化器流体动力特性研究

为探究锥形空化器所具有的水动力学特性,在水洞中开展空化器系列实验研究,得到了不同锥角空化器的水动力参数。分析了锥形空化器的锥角对航行体流体动力特性的影响;给出了锥形空化器截平头时的动力学特性及不同截平头面积下的阻力变化。研究结果表明：锥形空化器的锥角大小影响空化器阻力系数和升力系数的大小;不同锥角下空化器升力系数位置导数相差较大;截平头面积较小时对航行体阻力系数影响较小,可以近似为全锥空化器。文中的实验结果对锥形空化器的选型应用以及超空泡航行体的控制特性分析具有参考价值。     

衡重参数对超空泡射弹有效射程的影响

为研究衡重参数对超空泡射弹有效射程的影响,基于流体体积多相流模型和刚体空间运动方程组,建立超空化流场和刚体运动相耦合的仿真方法,通过与文献\[23\]试验结果对比验证仿真方法的合理性。通过仿真计算研究超空泡射弹的水下弹道运动特性,获得质心位置、质量等典型衡重参数对射弹有效射程的影响规律。研究结果表明：超空泡射弹的水下弹道具有稳定尾拍现象,尾拍的波长和振幅近似恒定;后移质心可有效增加超空泡射弹的水下增程,质心位置后移9%,水下射程提高14%;增加射弹质量可显著增加水下射程,质量增大150%,水下射程提高70%。     

超空泡航行器20°角倾斜入水冲击载荷特性试验研究

为探究带圆盘空化器的超空泡航行器倾斜入水过程冲击载荷特性,开展了20°入水角条件下的试验研究。超空泡航行器由空气炮加速获得入水初速度,采用内置惯性测量单元记录载荷变化,试验完成后提取数据进行分析;试验设定了典型入水工况,分析了航行器入水冲击过程轴向载荷的变化特性,进行了入水速度和空化器面积对入水冲击载荷影响的系列试验,分析了各参数下的冲击载荷特性。研究结果表明：航行器入水冲击载荷峰值时刻侵彻距离为空化器直径的1.89倍, 阻力系数为稳定航行阶段的1.33倍;在所研究的范围内入水速度和空化器面积对阻力系数峰值无影响。