小空化数下带尾翼射弹超空泡减阻试验与数值模拟

为探究水下高速带尾翼射弹的超空泡减阻特性,利用自行研制的水下测速系统,对所设计的几种结构的带尾翼射弹模型进行了带尾翼超空泡射弹从空气入水的试验研究。通过试验数据的分析和处理,获得小空化数下带尾翼超空泡射弹的阻力系数。采用N-S方程、压力隐式算子分裂(PISO)算法、大涡模拟湍流模型和流体体积函数(VOF)方法,对绕三维带尾翼射弹非定常空泡流动进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好。分析了小空化数下带尾翼射弹超空泡的减阻效果,最大减阻率可达93.1%。与普通射弹的超空泡流特性相对比,尾翼结构对超空泡射弹的阻力特性影响不大,但可以显著提高射弹运动的稳定性。

水下射弹空化器参数对自然超空泡形态的影响

为获取有效减阻的自然超空泡形态特性,利用CFD商业软件Flunt 6.0,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模型。在射弹最大初速度500 m/s、最小空化数为0.001 55的条件下,计算了圆锥和圆盘两种空化器头部射弹模型的超空泡形态。分析了头型、直径、锥角、空化数等对自然超空泡形态特性的影响。仿真结果表明:自然超空泡的尺寸变化主要取决于空化数与空化器参数;圆盘头型空化器更利于射弹超空泡的形成;空化器的直径和锥角过小都不易产生自然超空泡。

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、长细比和空化数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.

带尾翼水下航行体超空泡流数值模拟研究

基于PISO算法和VOF方法,引入空化模型模拟气液两相间的相变过程,采用有限体积法离散N-S方程,对带尾翼水下航行体超空泡流进行了三维非定常数值模拟研究。计算了超空泡特征外形轮廓,并将数值计算结果拟合与经验公式对比,两者一致性较好。在此基础上,分析了空化数、尾翼结构对水下航行体超空泡形态特性的影响。研究结果表明,小空化数下,尾翼结构对超空泡形态影响不大,随着空化数的增大,航行体表面形成双空泡形态,容易导致航行体的失稳。所得结果为深入研究带尾翼水下航行体的运动稳定性、超空泡减阻特性等问题提供理论参考。

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。

水下高速航行体超空泡减阻特性数值模拟研究

利用CFD商业软件Fluent6.2对水下高速航行体超空泡流进行了数值模拟研究,计算了带圆盘与圆锥两种头部空化器航行体的阻力特性,详细分析了空化器直径、锥角、航行体长细比对超空泡减阻特性的影响,并计算了高速水下航行体自然超空泡减阻率.结果表明,在超空泡形态下,带圆盘空化器头部的水下高速航行体,更加有利于超空泡的减阻,超空泡减阻率可达95%以上.研究结果为进一步研究水下高速航行体的结构设计和水动力布局提供了理论参考.

小攻角对水下超高速射弹空泡形态的影响

基于混合密度函数,建立了空化流动的多相流CFD模型,并在商业软件Fluent6.0的框架下实现.采用二维求解器对零攻角超高速水下射弹的空泡流进行数值模拟,模拟结果与SCAV软件的计算结果吻合较好.在此基础上,采用三维求解器对非零攻角下空泡流进行仿真研究,分析了小攻角对水下超高速射弹空泡形态的影响.研究结果表明,攻角能够明显改变空泡形态的轴对称性,攻角越大,背流面空泡厚度越大,迎流面空泡厚度越小.

超空泡航行体闭环控制动力学特性研究

通过对超空泡航行体的动力学描述,采用分段线性滑行力函数拟合复杂非线性滑行力函数,构建了超空泡航行体闭环控制动力学模型,获得以反馈控制增益为可变参数的四维混沌系统.利用相轨图、庞加莱映射、分岔图和Lyapunov指数等动力学分析工具,分析不同反馈控制增益变化时系统复杂的动力学行为。结果表明,超空泡航行体闭环控制动力学行为依赖于各个闭环控制增益,随着这些参数的变化,系统存在分岔、混沌、周期窗、共存吸引子和不完全费根鲍姆树等奇异的非线性物理现象;合理选择反馈增益,能够实现超空泡航行体的稳定航行。研究结果将对超空泡航行体反馈控制器的设计具有重要的指导意义。

小攻角下水下高速航行体超空泡流特性研究

为研究小攻角下水下高速航行体超空泡形态及水动力特性,利用商业CFD软件Fluent6.2,对小攻角下高速航行体超空泡流进行数值模拟,分析了空化数、攻角对水下高速航行体空泡形态以及水动力特性的影响规律。研究表明,攻角为能够明显改变空泡形态的轴对称性;攻角越大,航行体的阻力系数也增大,不利于超空泡的减阻,甚至会导致航行体的失稳。研究结果将为开展水下高速航行体超空泡实验研究提供理论参考。

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来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.

小空化数下超空泡航行体的阻力特性试验研究

为了研究小空化数下超空泡形态航行体的阻力特性,针对带圆盘空化器头部的航行体设计加工了4种不同结构参数的航行体试验模型。并在水靶道中进行了这些模型的水下航行试验,航行体空化数接近10-4,试验中测量出航行体发射点和某点的航行速度,计算出航行体的平均空化数。数据处理后得到了航行体的平均阻力系数,分析了空化器直径、航行体长细比、空化数对航行体阻力特性的影响;还在试验数据基础上,分析了小空化下航行体的自然超空泡减阻率。结果表明:在超空泡形态下,空化数接近10-4航行体的超空泡减阻率可达98%。这个研究结果为进一步研究小空化数下航行体的水动力特性和弹道特性提供了理论参考和试验数据。

水下高速射弹超空泡减阻特性研究

基于Rayleigh-Plesset单一介质可变密度混合多相流模型,利用Fluent6.2对带圆盘空化器射弹的阻力特性进行了数值研究.计算了圆盘空化器射弹的空泡形态,分析了空化器直径、空化数、射弹长径比、超空泡形态对射弹超空泡减阻特性的影响,计算了高速射弹的自然超空泡减阻率.结果表明,空化数变化对射弹的阻力特性影响不大;头部空化器直径对射弹阻力系数影响明显;在超空泡状态下,增大射弹长径比,射弹阻力系数减小;高速射弹的超空泡减阻率可达95%以上.

小攻角下水下高速射弹的空泡形态特性

基于流体计算软件Fluent,在小攻角小空泡数下对高速射弹形成自然超空泡的空泡形态特性进行了数值仿真研究。采用二维求解器计算了某口径高速射弹超空泡流形态,并与SCAV软件计算结果进行了比较分析,二者吻合较好,验证了计算模型与参数选择的正确性;采用三维求解器对非零攻角下高速射弹的超空泡流动特性进行了模拟,给出了射弹的超空泡轮廓和射弹表面的空泡厚度分布曲线,分析了小攻角对高速射弹空泡形态特性的影响规律,攻角严重影响超空泡的对称性。研究结果为进一步研究水下高速射弹的水动力特性和弹道特性等问题提供了理论基础。

水下高速航行体自然超空泡形态特性仿真研究

为使水下高速航行体获得减阻量,基于均匀多相流假设,建立了水下高速航行体自然超空化流动的多相流计算流体力学模型。应用商业软件Fluent 6.2进行了水下高速航行体自然超空泡计算,对比分析了带圆锥和圆盘空化器的两种高速航行体形成超空泡的空泡长度、空泡直径、空泡含汽率和航行体表面的空泡厚度等超空泡形态特性。数值模拟了带圆盘空化器头部航行体的超空泡流发展过程,获得了航行体的超空泡形态变化特性。仿真结果表明:圆盘头形空化器有利于航行体超空泡的形成;超空泡的相对直径与相对长度随空化数增加而减小;在水下高速航行过程中,航行体形成稳定超空泡的长细比非常高,随着航行体速度的衰减,其超空泡迅速出现不稳定状态。

水下高速射弹超空泡形态特性的数值模拟研究

基于均匀多相流假设,建立了水下射弹自然超空化流动的多相流CFD模型,分析了带圆锥和圆盘空化器头部2种高速射弹模型所产生的超空泡形态特性。仿真结果表明,圆盘头形空化器有利于射弹超空泡的形成;超空泡的相对直径与相对长度随空化数增加而减小;空化数越小,超空泡的长细比越大,减阻效果也越好。最后,通过F luent软件的自定义函数模拟了带圆盘空化器头部射弹超空泡流发展过程,得到了射弹在水下高速航行过程中超空泡形态的变化特性,研究结果为进一步研究水下高速射弹空泡流水动力特性提供了理论参考。

高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。

不同密度回转体高速倾斜入水空化数值模拟

为探究回转体材料密度对其高速入水空化流动特性的影响,开展了回转体入水空化仿真研究。基于有限体积法和流体体积函数多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、SST k-ω湍流模型,结合动网格技术,对初速度为300 m/s的不同密度回转体倾斜入水过程进行数值计算,分析不同密度回转体入水过程中的空泡形态发展规律、运动特性及流体动力特性的变化规律。结果表明:所提数值计算方法能够有效模拟回转体入水过程中的空泡形态变化过程,密度越大的回转体入水后产生的空泡轮廓直径越小,空泡越长,空泡开口处直径越小;不同密度回转体入水瞬间回转体表面压力峰值相当,但密度越大的回转体表面压力衰减越慢;密度较大的回转体入水瞬间加速度峰值越小,入水后速度衰减越慢,相同时间内入水深度越大。

基于二维分岔的超空泡航行体非线性动力学特性分析

基于二维分岔图,利用相轨图、时域仿真图、Lyapunov指数谱等动力学分析工具分析了超空泡航行体复杂的动力学行为,探讨了超空泡航行体运动状态随尾翼偏转角反馈控制增益及空化数的变化规律,确定了航行体稳定运动的条件和参数范围。结果表明:随着参数的变化,超空泡航行体的动力学行为中存在分岔、混沌、周期窗等丰富的非线性物理现象;合理调整尾翼偏转角,能够有效抑制航行体的振荡与冲击。研究结果对超空泡航行体控制器的设计具有重要的指导意义。

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明:超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。

高速射弹超空泡减阻试验研究与数值模拟分析

为了研究超空泡形态下高速射弹的阻力特性,针对某典型结构的带圆盘空化器头部的水下射弹,设计加工了4种不同结构参数的射弹模型,在水靶道中进行了高速射弹的水下航行试验,通过试验数据处理得到了射弹的平均阻力系数,分析了空化器直径、弹体长径比、空化数对射弹阻力特性的影响,并利用Fluent6.2对其阻力系数进行数值仿真研究,在试验数据与数值仿真的基础上探索了超空泡的减阻特性,结果表明:空化器的直径越大,射弹的阻力系数越大;增加射弹的长细比,可以获得更小的阻力系数;在超空泡形态下,高速射弹的超空泡减阻率可达95%以上。