刚性壁面附近深水爆炸气泡射流特性数值模拟

炸药水下近壁面爆炸时,爆炸产物形成的气泡易演化出射流对壁面作用,而气泡射流的特性受多种因素影响。用AUTODYN数值模拟软件计算50 m和300 m水深环境下10 g TNT距100mm刚性壁工况下的气泡射流过程。计算结果表明:用AUTODYN有限元计算软件计算得到的冲击波传播规律、脉动规律与经验公式拟合较好;在气泡脉动收缩结束时射流演化开始,演化过程中的射流将气泡贯穿、形成环形气泡;深水条件下形成的射流速度约350 m/s,远大于浅水条件下的150 m/s,与刚性壁接触后射流头部的压力也大于浅水中的压力;深水条件下近刚性壁测点的压力值均至少高出浅水条件下的5倍,说明深水环境下的射流更易对结构造成严重破坏。研究初步讨论了深水环境下水下爆炸射流的演化特性。     

兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性研究

近场水下爆炸气泡在壁面Bjerknes力和浮力的共同作用下产生朝向结构的高速射流。此时,气泡脉动由于受物面影响,其作用并不明显,所以近场兵器爆炸产生载荷主要为冲击波和气泡射流载荷。文中将气泡射流形状等效为水柱射流,基于水锤理论得到气泡射流载荷。同时采用GeersHunter半经验半解析模型得到冲击波载荷。将冲击波和气泡射流的总载荷加载到近场结构上,采用声固耦合原理计算舰船结构的响应,得到了兵器近场水下爆炸对目标的毁伤特性。     

超空泡形态控制方法的数值模拟研究

利用数值模拟对射流、吸气和模型尾部结构三种新型超空泡形态控制方式进行了研究.研究表明,射流空化器与机械空化器产生的超空泡在尺度上基本相同,射流长度随气射流流速的增加而减小,随水射流流速的增加而增大,模型阻力不随射流长度的增大而单调较小.综合收缩锥、扩张裙、台阶和突缘等不同尾部结构对超空泡形态和模型阻力的影响,建议模型尾部采用台阶结构.当通气参数相同时,吸气孔越大,控制效果越好,吸气压力越小,控制效果越好.     

减压条件下竖直边界附近气泡动力学行为数值与实验研究

为深入探究气泡与边界的相互作用规律,设计了减压条件下气泡动力学实验方法,并基于势流理论,建立气泡与壁面相互作用的三维数值模型。将计算值与实验结果进行对比发现,二者吻合较好,数值模型可以较好地模拟气泡在第一周期与边界的相互作用。此外,开展减压电火花实验产生大尺度的气泡,研究气泡第一周期以后气泡与壁面的相互作用,得到计及浮力影响的气泡射流后形成环状气泡的运动形态,以及气泡射流角度随距离参数和浮力参数的变化规律,为气泡对结构的毁伤研究提供可行的数值和实验方法。     

超空泡形态控制方法的数值模拟研究

利用数值模拟对射流、吸气和模型尾部结构三种新型超空泡形态控制方式进行了研究．研究表明,射流空化器与机械空化器产生的超空泡在尺度上基本相同,射流长度随气射流流速的增加而减小,随水射流流速的增加而增大,模型阻力不随射流长度的增大而单调较小．综合收缩锥、扩张裙、台阶和突缘等不同尾部结构对超空泡形态和模型阻力的影响,建议模型尾部采用台阶结构．当通气参数相同时,吸气孔越大,控制效果越好,吸气压力越小,控制效果越好．     

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。     

不同水深爆炸气泡运动特性仿真

为了研究不同水深对水下爆炸气泡运动特性的影响,采用有限元软件LS-DYNA建立了典型装药在不同水深下爆炸的仿真模型,计算并给出了不同水深条件下的爆炸气泡半径的时间历程曲线和压力场参数,并与经验值进行了比较,表明了有限元模型的正确性.通过对爆炸气泡的最大半径、脉动周期及压力场的对比分析,得出了不同水深压力对爆炸气泡脉动的影响规律,仿真结果表明,对于相同的装药,最大爆炸气泡半径和脉动周期都随水深增加而变小;爆炸场中气泡上部的压力最大,侧面次之,下部最小.本文的研究结果可以为水中兵器战斗部毁伤威力的评定提供参考.     

云爆弹结构对爆炸威力影响规律的试验研究

为了准确获得云爆弹结构对其爆炸威力的影响规律,根据云爆弹的作用原理,设计了中心抛撒药、中心与周边辅助抛撒药2种典型结构的云爆试验装置;采用高速录像和壁面压力传感器,对其静爆试验的威力参数进行了测量和分析.试验结果表明,采用与云爆弹的优化结构相匹配的内壳体,可以显著提高云爆弹的能量利用率和远场超压,提高云爆弹的威力;中心与周边辅助抛撒药结构、钢内壳的试验装置为最佳装置,其火球直径达到30 m,平均TNT当量和14 m处的TNT当量最大值分别为2.19和3.17.     

水下爆炸冲击波和气泡载荷对典型圆柱壳结构的毁伤特性

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明：冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。     

不同高度导弹发射燃气射流对地面的影响研究

为研究不同海拔高度发射燃气射流对地面及发射装置的影响,采用动网格更新方法和有限速率化学反应模型模拟了不同海拔高度导弹发射过程的燃气射流场,得到了不同高度的发射流场结构形态和壁面的温度与压力分布情况。研究结果表明,随着发射高度的增加,外界压强和射流速度降低,射流欠膨胀度增加,温度升高,随着被冲击面远离核心区,海拔高度对燃气射流对地面的影响程度变小。