带泡沫头帽圆柱体入水机理试验研究

航行体跨介质高速入水瞬间经受的撞击力可威胁其结构安全和其入水弹道的稳定性。为探讨入水冲击对结构的影响,以带泡沫头帽圆柱体为试验研究对象,探究不同入水速度和角度状态下不同头型泡沫降载头帽的入水冲击运动特性。试验中,利用高速摄像技术捕捉带头帽圆柱体的入水空泡形态特征,并基于Canny边缘检测算法对空泡特征进行参数分析;与此同时,通过内置加速度传感器获得其入水加速度,利用互补集合经验模态分解方法进行滤波分析。通过分析试验过程的图像和传感器测量结果,获得了不同速度、角度和头型圆柱体入水的空泡演化特征和加速度的变化规律及其变化原因,并对比了不同降载方式的降载效果。试验结果表明,圆柱体入水冲击加速度随速度的平方线性增加;头型对圆柱体低速入水的缓冲效果最为明显,带圆锥形外形头帽降载效果达到了86.8%,圆锥形泡沫头帽的降载缓冲效果达到了97%。此外,试验中还观测到了圆柱体入水空泡深闭合后尾空泡逐次脱落的现象,该现象对圆柱体形成逐渐递减的脉动冲击;聚甲基丙烯酰亚胺泡沫头帽不会改变入水空泡的形态,但会使空泡壁面粗糙模糊。