空心弹高速入水机理及特性数值模拟研究

为分析空心弹高速入水的机理及其特性,基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF(volume of fluid)多相流模型、Realizable k-ε湍流模型,引入Schnerr-Sauer空化模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行数值模拟研究,获得了通孔孔径和头部形状对空心弹的空化特性、空泡形态和入水运动特性的影响规律。研究显示数值计算的空泡形态和入水速度、位移曲线与实验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的可行性。结果表明:当通孔孔径不同时,通孔孔径越大,空化现象越明显,通孔射流越长,但对空泡半径的影响不大;通孔孔径越小,空泡闭合时间越早,与水面碰撞产生的阻力系数峰值越高,空心弹入水稳定后其阻力系数也越大;无量纲直径在0.575~0.600之间时,空心弹的运动最为稳定。当头部锥角不同时,头部锥角越大,空泡直径越大,空化现象出现得越晚,但空化生成的速度更快;随着头部锥角的增大,阻力系数变大,空心弹的速度衰减变快,相同时间运动的距离较短;头部锥角越大,俯仰角的变化越小,空心弹的运动越稳定。

冰孔约束条件下航行体垂直出水空泡演变数值研究

高纬度地区在冬季不可避免地出现结冰期,考虑到低温冰区水下发射过程中面临冰层裂隙的特殊力学环境,扩展低温冰区中的潜射海洋装备具有重要的工程价值。浮冰的存在必然增强潜射航行体高速出水过程中的非线性。文中采用动态流体相互作用模块对航行体建立6自由度运动模型,通过对不同冰孔尺寸、冰孔形状约束条件下潜射航行体的水下运动及穿越水面阶段对比分析,探究冰孔对出水空泡演变的影响。研究发现:在冰孔约束出水过程中,冰孔对空泡具有明显的束缚作用,且束缚作用随着冰孔尺寸的减小而增强;相同冰孔形状下,冰孔尺寸越小,其对航行体俯仰运动特性影响越大;相同冰孔尺寸下,圆形冰孔对航行体俯仰运动特性影响大于正方形和三角形冰孔。

云爆弹对地面人员综合杀伤的仿真评估研究

为了建立提出地面战场中云爆弹对人员综合杀伤作用的评判标准,结合超压和热辐射作用建立了云爆弹的综合毁伤概率评估模型,通过计算机仿真,得到了特定条件下的仿真杀伤概率图。研究分析了不同云爆剂含量和爆炸高度下综合杀伤概率曲线,揭示了其对人员综合杀伤效果的影响。研究结果表明,该杀伤概率仿真模型可以用于对云爆弹的战场杀伤效果评估。

跨介质航行器高速斜入水跳弹现象研究

目的揭示跨介质航行器高速入水跳弹行为的机理,提高航行器的突防能力。方法基于STAR-CCM+流体仿真软件,采用VOF多相流模型以及Schnerr-Sauer空化模型,计算航行器跳弹过程的空化流场,并运用重叠网格技术,耦合六自由度弹道方程,求解航行器的运动特性。利用所建立的计算模型,研究航行器在不同入水速度和角度下的空泡演化、水动力和弹道特性,揭示航行器产生跳弹现象的原因和规律。结果航行器在小角度高速入水时,水下运动轨迹会发生很大的变化,经历了入水、浸水、出水3个阶段。结论产生跳弹现象的主要原因是航行器在入水后,头部上下缘以及弹尾两侧受力不均,形成了向上的偏转力矩,使得航行器的俯仰角发生了较大的改变,并且随着航行器的入水速度加快,入水角度减小,跳弹现象越容易产生。

回转体高速入水弹道模型研究

目的 快速预测回转体高速入水过程中的空泡形态发展和分析回转体高速入水后的弹道特性。方法 基于空泡截面独立扩张原理,建立回转体高速入水非定常超空泡计算方法,通过高速水动力计算方法,结合回转体动力学方程,实现回转体运动参数的求解。结果 通过与文献试验结果对比,验证了回转体高速入水弹道模型的可靠性。对比试验结果,模型的预测误差在10%以内,可满足回转体高速入水弹道预测需要。利用所建立的弹道模型计算了回转体在高速垂直、倾斜入水2种工况下的空泡形态、运动参数变化。发现回转体高速入水过程中,空泡会影响回转体的运动,回转体速度衰减主要和空化器阻力有关。回转体在受到扰动角速度的影响后,滑行力会改变回转体的姿态角和攻角,并使弹道发生弯曲,但有助于回转体运动的稳定。结论 在入水空泡能完全包裹回转体的情况下,可对回转体进行结构优化,增强回转体尾拍运动中受到的滑行力,提升回转体高速入水运动稳定性。适当减小空化器直径,能降低回转体入水过程中的阻力,并增加射程。