水压驱动两级提拉式水下发射装置内弹道建模

针对大深度环境水下发射技术需求,提出一种利用水压驱动两级提拉式水下新型发射方案。利用大深度环境高压水驱动两级活塞实现武器快速发射。建立武器出管过程动力学模型,开展高压水驱动方案原理验证试验,并与高压气体驱动方案进行了对比分析。研究结果表明:水压驱动与气体驱动方案的内弹道结果基本一致,高压水发射方案在大深度环境具有显著优势;加速度峰值出现在发射瞬时和级间转换过程,级间转换过程武器加速度存在显著的陡变现象;水下发射武器出管过程弹道预报结果得出,在发射水深100~500 m条件下,武器出管过程最大速度范围为7.4~15.3 m/s,最大加速度小于100 m/s 2;研究结果验证了水压驱动两级活塞式发射方案的可行性,为装置的进一步研制开发提供了设计依据。

无人机水下发射试验系统弹射性能的仿真研究

为研究无人机水下发射的可行性及其弹射过程动力学性能,对系统主要参数进行影响规律和灵敏度分析。通过研究机械结构和传动系统的耦合特性,建立基于AMESim和ADAMS的水下发射试验系统动力学联合仿真模型,在发射角10°~90°范围内对3种类型无人机进行仿真,得到发射速度随发射角和储气瓶压力的变化规律;利用局部灵敏度分析方法,对储气瓶压力、储气瓶容积、气缸有效面积和行程4个关键参数进行了影响发射速度和加速时间的规律分析。结果表明:在相同压力下,随着发射角的增大和无人机模型质量的减小,其脱离发射架的速度逐渐增大;影响发射速度灵敏度最大的参数为储气瓶压力,随着压力的增大,速度增大的幅度逐渐减小;影响加速过程时间灵敏度最大的参数为储气瓶压力和气缸有效面积。

导弹水下发射燃气泡计算

采用一维非定常气流场模型和轴对称理想水流场模型，对水下发射导弹的尾部非定常燃气泡内外流场进行了耦合数值求解。考虑了高温燃气与水介质之间的传热、汽化等对泡内气体流动的影响，数值模拟了燃气泡的生长和脱落过程，揭示了燃气泡中气体流动的基本规律，计算了燃气泡发展对导弹所受水动力的影响。

变深度水下发射系统内弹道实验研究

利用变深度水下发射模拟实验装置开展了变发射深度和发射速度条件下导弹发射系统内弹道研究。建立了描述缩比模型弹在发射筒内运动规律的简化模型,并提出了基于实验结果的运动方程求解方法。通过实验结果分析获得了模型弹的运动摩擦系数和发射速度,并利用高速摄影测量结果对获得的发射速度进行了验证。建立了运动摩擦系数和发射速度的数值拟合关系。结果表明,运动摩擦系数与发射速度呈反向变化规律,并且存在影响运动摩擦系数变化速率的临界发射速度,当发射速度小于临界值时运动摩擦系数变化剧烈,发射速度临界值为18～20 m/s。

导弹水下发射筒口气泡特性研究

潜射导弹通常采用燃气—蒸汽弹射装置发射,弹尾离筒阶段筒口发生强烈的水-气交互作用,形成筒口气泡,该气泡的发展过程对发射平台会造成不利影响。采用CFD软件FLUENT对导弹离筒过程筒口气泡的发展及其对发射平台的影响进行了数值模拟。然后,给出了艇体不同位置压力脉动规律及其受发射深度的影响规律。仿真结果表明,压力监测数据与实验测量结果吻合良好,验证了研究方法的有效性。

导弹水下发射内流场的数值研究

对于导弹水下发射过程中壳体结构强度及动力学问题,基于二维不可压N-S方程,运用有限体积法中心格式和SIMPLE计算程式,建立了导弹水下潜艇发射内流场的数值模拟方法,对导弹出管过程中不同时刻弹体的压力载荷分布进行解算。为导弹的壳体结构设计和内部构件设计提供了重要的依据。

气泡弹性对同心筒水下发射影响研究

潜射导弹自同心筒装置发射过程中在筒口处会形成燃气泡,由于气泡在水下的弹性效应,水气耦合作用导致气泡周期性地膨胀压缩,会对导弹弹道参数、受载特性产生一定影响。以CFD为技术手段,建立了导弹水下发射动态仿真模型,通过数值模拟获得了发射过程中多相流场、导弹弹道参数及受力的时间历程曲线,分析了气体弹性效应对参数变化的影响;并针对发射深度及其发射艇速对气泡弹性效应的影响进行了仿真分析,给出了其影响规律。仿真方法和结果对工程研究有一定参考价值。

潜射导弹运载器水下发射关键技术研究

在论述潜射导弹运载器基本理论的基础上,对潜射导弹运载器水下发射的关键技术进行了论述。

水下发射筒口气幕上下边界计算方法研究

为了减小横流对水下发射导弹的影响,改善导弹的水中受力环境,采用筒口气幕技术。为了获得筒口气幕的保护区域,通过理论与试验相结合总结出了计算气幕保护上下边界的工程计算方法。利用该方法进行气幕上下边界计算获得的结果与实验数据获得结果较为一直,表明该方法可以用于指导水下发射气幕保护系统的设计。

提拉活塞式导弹水下发射过程数值模拟

为综合潜艇和导弹在作战中的优点,将陆上导弹常用的提拉活塞发射方式移植到水下,并利用潜艇进行水下导弹发射,对提拉活塞式导弹发射过程进行数值模拟,建立了耦合求解非定常流场和运动的数值仿真模型,在给定初始条件下,模拟了导弹在水下和空中发射的出筒过程,分析了发射流场和导弹运动参数的变化情况.仿真结果表明:在水下发射导弹的过程中,海水来不及填补因导弹运动形成的弹尾区域空隙而形成了空化,产生了较大的压差阻力,减小了出筒速度和增加了出筒所需时间;弹尾处空化的产生增大了导弹水动力特性的不确定性,给发射内弹道的设计和控制造成了困难,弹尾处空泡溃灭后产生的压力波对弹尾和筒底形成巨大的冲击载荷,并对弹尾和筒底的结构防护提出了更高要求.

喷管不同摆角对水下发射导弹受力的影响

论文研究了带摆喷管推力矢量控制系统的导弹水下垂直发射时,不同喷管摆角对三维水气流场的非定常发展变化过程及对导弹受力的影响。采用燃气泡物理模型,通过水气流场的耦合计算研究燃气与水的相互作用,运用欧拉-拉格朗日和时间步进的方法跟踪燃气泡自由面。以三维欧拉方程为控制方程对喷管和燃气泡内的三维气流场进行数值计算,根据燃气泡不断运动变化的交界面生成贴体动网格,在贴体坐标系下采用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND差分格式)数值求解三维气流场。采用势流理论,以拉普拉斯方程为控制方程,利用三维Hess-Smith方法数值求解了导弹与燃气泡周围的三维水流场。给出了不同时刻泡形的变化,气流场内马赫数、压力的演变规律,导弹受力及力矩。通过多个工况的对比计算,研究了喷管摆角对导弹受力及水气流场的影响。

导弹水下发射装置内流场数值研究

针对潜射导弹同心筒发射装置,建立了二维内流场模型,建模中将两相流问题简化为单纯的高速气体射流问题。计算表明,从导弹离筒速度和筒内行程等总体指标看,单相高速气体射流模型和VOF模型的计算结果相差不大;单相高速气体射流模型能够较准确地揭示出导弹水下发射装置内气体流动的细节;VOF模型计算工作量大,耗时长,而单相高速气体射流模型的计算工作量相对较小,计算速度快。简化模型研究水下发射内流场方法可行。

水下发射装置膛压测量方法探讨

由于水和空气介质的不同 ,使得水中膛压测量较空气中有显著的差异。对空气中常规测量膛压方法进行了分析比较 ,给出了一种适用于水下发射装置膛压测量的应变式测量系统的工作原理及组成 ,讨论水中动态压力测量中的管道效应问题 ,提出了水中压力动测的注意事项 。

水下发射航行体跨介质动态载荷预报研究

提出水下发射航行体跨介质动态载荷预报方法,模拟了出筒过程中,多重密封环减振垫对航行体的约束和逐步由气到水的跨介质冲击作用,以及在出水过程中,航行体逐步由水到气的跨介质卸载作用。获得航行体轴向速度、俯仰角度、俯仰角速度和弯矩等关键参数随时间的变化规律,辨识出典型截面上的载荷特征,并与缩比模型试验数据进行了对比,仿真结果与试验结果吻合地较好。

水下发射器的气体流量控制阀优化设计

建立了水下发射器的气体流量控制阀以及整个系统的数学模型。在此基础上,以发射器主要性能指标为优化的目标,以遗传算法为优化手段,对气体流量控制阀进行了优化设计。经过实例的计算,证明了所建立的数学模型与使用的优化方法是可行的。

水压平衡式水下发射装置的可调节发射阀研究

为了使现有的发射装置能以不同的速度发射武器,提出了可调节发射阀方案。根据方案建立了武器发射过程的数学模型,并对模型进行了计算机仿真。从仿真结果可以看出,文中所提出的方案是可行的,完全能够实现对武器出管速度的调节。

高速航行体水下发射水动力学研究进展

高速航行体水下发射水动力学研究,是具有重大工程应用背景的前沿基础问题.与之紧密相关的非定常空化流动,特别是空泡稳定性、溃灭等问题,是影响发射载荷及安全性的关键.本文首先简述了这一领域的主要科学问题,归纳了主要控制参数和影响方式;之后针对非定常空化流动问题,综述了已有的实验观测手段及数值模拟方法;总结了空泡发展、稳定性、溃灭及流动控制等重要物理机制、模型及各因素相互作用规律;最后展望了该领域仍存在的主要科学问题与未来发展趋势.

水下发射装置后坐能量测试及特性分析

利用卧式后坐装置、磁电式速度传感器、测量放大器、瞬态波形记录仪及计算机组建了一套水下发射装置后坐能量测试系统。利用该系统分别在陆上和不同水深(0.75、5、10、15和20m)的状态下,对水下发射装置的后坐运动参数进行了测试,得出了后坐能量随水深的增加而增大、而后坐距离随水深增加而减小的变化规律。利用最小二乘法,建立了水下发射装置后坐能量随水深的变化规律模型,并通过实验对该模型作了进一步验证,并对测量结果的不确定度做出初步分析。

基于功率谱分析的水下发射噪声测量系统研究与实现

对水下发射噪声测量方法进行研究,研制一套符合近场测量方式的自容式宽动态范围水声信号测量存储设备。结合虚拟仪器技术特性,对基于虚拟仪器技术的发射噪声测量分析系统的总体结构和技术途径进行研究,并提出了解决方案。研究结果为后续水下声学测量装备研制、关键技术指标的选定和目标精确判读定位等提供强有力的技术支撑。

弹性体水下发射试验的仿真研究

针对水下垂直发射航行体的弹道和载荷特性,通常需要开展大量缩比模型的弹射试验来进行辨识。开展水下发射航行体跨介质运动过程的数值仿真及试验验证研究,考虑航行体的弹性特性、与筒内减振装置的碰撞特性、航行体入水和出水冲击特性等,获得了俯仰角度和弯矩载荷随时间变化规律,仿真结果与试验结果吻合地较好。