超空泡射弹异步并联倾斜入水空泡演化与运动特性分析

基于VOF多相流模型与重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联倾斜入水数值方法,利用单发射弹倾斜入水实验对数值方法的有效性进行了验证,在此基础上,分别对不同初始间距及入水顺序下前后两射弹的空泡演化与运动特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明：对于前发射弹,在初始间距为0.5倍弹长时,由于受到后发射弹空泡剧烈挤压,前发射弹无法产生完整空泡包裹弹体,运动受到严重影响并最终失稳;同时,前发射弹自上侧入水与自下侧入水相比,其空泡受到的挤压程度更大,沾湿更早且失稳更快;随着初始间距的增大,前发射弹附近空泡受后发射弹的影响减弱,2种入水顺序下均运动平稳。对于后发射弹,由于前发射弹空泡的持续作用,其空泡始终不对称,运动稳定性受到影响,在间距为0.5倍弹长时向内侧偏转失稳,在间距为1倍弹长时运动平稳,间距为2倍和3倍弹长时向外侧偏转失稳,且2种入水顺序下运动规律基本一致。     

考虑适配器弹性的潜射导弹出筒载荷特性研究

同心筒水下垂直发射导弹时潜艇是具备一定艇速的,相当于给弹体增加了侧向横流,其影响在弹体出筒阶段尤为显著,带来发射安全性和弹体结构载荷相关的诸多问题。为获得在时间和空间维度上置信度更高的导弹出筒载荷特性,并采用较少的假设,首次提出并建立了考虑适配器弹性约束和弹体三自由度的耦合求解流场和弹体运动的非定常数值模型。阐述了筒口气泡弹性对弹体载荷特性的影响,同时获得了出筒过程中的弹体运动、受载及适配器变形情况。仿真结果表明：由艇速产生的横流造成的振荡特性对导弹发射产生不利影响。结果可为同心筒水下垂直发射安全性评估和弹性结构设计提供研究方法。     

水下垂直发射燃气后效对筒盖系统的影响研究

在蒸汽-燃气弹射式水下垂直发射过程中,当弹尾离开发射筒时,燃气在筒内余压作用下瞬间溢出,与海水掺混,形成的筒口燃气泡。燃气泡周期性的膨胀-收缩引起筒盖的运动,会给筒盖系统的安全性带来隐患。基于计算流体动力学CFD软件中的Fluent软件包,采用动网格技术和Mixture模型对导弹离筒过程燃气后效及其对具有柔性支撑筒盖系统的影响进行了数值模拟。研究了筒口气泡膨胀-收缩的周期性过程,获得了出筒过程中,筒盖的运动规律和受载特性。仿真结果表明,筒盖特征测点压力值与试验测量结果吻合度较高,验证了该研究方法的有效性,为筒盖系统的设计和安全性评估提供了研究方法。     

超空泡射弹并联入水多相流场与弹道特性研究

弹丸并联入水工况在实际作战环境中时有发生,然而针对超空泡射弹并联入水的研究较少。基于重叠网格技术,采用RANS方程、Schnerr-Sauer空化模型、Realizable k-ε湍流模型对超空泡射弹入水过程进行数值模拟,计算值与试验数据吻合情况良好,验证了数值方法的有效性。对不同弹丸间距及不同初速下的超空泡射弹开展多工况数值模拟,详细分析并联超空泡射弹的入水流场特性及弹道特性。研究结果表明：弹丸间距过小将对弹道稳定性产生不利影响;初速一定时,弹丸间距越小,弹丸产生的空泡对称性越差,弹丸所受横向力越大,弹道稳定性越差;弹丸间距越小,弹丸内侧沾湿现象越明显,速度衰减越快;随着弹丸间距的增大,弹丸之间的干扰将逐渐减弱,当弹丸间距增加到3D时,两弹丸之间几乎无干扰。     

高速射弹入水稳定性研究现状与分析

高速射弹入水稳定性研究是世界范围内的一大难题。详细地介绍了高速射弹入水稳定性在理论研究、实验研究方面的研究历程及成果,并对入水空泡的发展过程、入水冲击载荷与入水过程水动力、入水稳定性影响因素3个方面的研究现状逐一解读。此外,结合当前理论基础与实验、数值计算条件对高速射弹入水过程的研究难点进行了总结与分析。     

预置舵角对跨介质航行体入水尾拍运动影响试验

为研究预置舵角对跨介质航行体高速入水过程尾拍运动特性的影响，搭建高速入水试验平台并设计带有内测单元的试验模型，开展入水角为20°时不同预置舵角下跨介质航行体高速入水试验研究。采用高速摄像机记录入水空泡，同时由内测单元测量航行体的运动参数和表面压力，分析预置舵角对跨介质航行体高速入水过程中空泡发展特性、入水运动特性以及表面压力的影响规律。试验结果表明：跨介质航行体入水过程中先后经历滑行运动阶段和尾拍运动阶段，尾拍形成的法向过载最高可达滑行产生法向过载的2倍；入水距离约5倍航行体长度时，入水空泡形成闭合，泡内压力在闭合前后呈先降低后增大的变化趋势；入水空泡闭合时，随着预置舵角增大，形成的附体空泡与主体空泡发生分离，在预置舵角为10°时，空泡尾流出现双涡管现象；预置舵角越大，跨介质航行体入水转平/偏转能力越强，当形成单侧尾拍运动后，航行体爬升效率提升。