截卵形弹水平入水的速度衰减及空泡扩展特性

利用轻气炮设备对截卵形弹进行了速度在100~150m/s的水平入水实验,利用高速相机记录了整个入水过程,获取了截卵形弹体在水中运动的速度衰减规律,并对平头弹、卵形弹及截卵形入水弹道稳定性及速度衰减规律进行了对比,对截卵形弹体入水形成的空泡扩展行为进行了理论研究,建立了关于空泡扩展的理论模型,得到了固定位置和固定时间处空泡扩展半径、速度分别与时间和侵彻距离的关系,实验数据与理论计算吻合很好。

弹体水平入水的空泡扩展相关特性研究

利用轻气炮设备对平头、半球型、截卵形柱形弹以及圆球形弹进行了速度在100～300 m/s的水平入水试验。利用高速相机记录了弹体入水和空泡扩展的详细过程,用能量守恒的观点间接考察了空泡内外压差Δp随入水侵彻位移的变化规律,同时研究了入水弹道上不同截面处的空泡扩展速度特性及空泡半径达到最大时的平均扩展速度。结果表明空泡内外压差Δp沿侵彻深度总体上有两种变化模式,同一工况下,侵彻轨迹上不同截面处的空泡壁扩展平均速度基本一致;试验结果与理论计算吻合较好。

超空泡形态及其流动特性的数值模拟

对圆盘空化器分别采用CFD、"1/3法则"和空泡截面独立扩展原理三种不同方法数值模拟了水下航行体定常自然超空泡外形及其流动特性。应用CFD方法基于粘性多相流的空泡捕捉法,采用六面体网格,选择Singhal空化模型和SST湍流模式,数值求解均质超空泡流场RANS方程。研究表明:泡形态时变特性是一种行之有效的工程估算方法,应用空泡截面独立扩展原理其计算结果与CFD方法吻合较好,说明了CFD方法用于超空泡流动仿真计算的可行性和独立性原理快速估算超空泡形态的准确性;同时超空泡外形主要与头部空化器有关,空泡长度会由于航行体本身存在变长;可优先选择空泡截面独立扩展原理对水下航行体超空泡外形进行快速估算。