非对称头型航行器入水空泡形态与弹道特性的实验研究

头部形状对航行体的入水弹道和空泡形态有着显著的影响,为研究非对称头型在入水过程中空泡和弹道的演变特性,基于高速摄影技术,对带有35°,40°,45°不同切角头型的航行体开展了不同入水角条件下的低速入水对比实验。通过数字图像处理技术提取不同时刻下航行体的入水空泡轮廓以及运动姿态信息,得到了非对称头型航行体切角大小和入水角度对入水空泡和弹道轨迹的影响规律。实验结果表明:非对称头型切角侧能有效促进空泡的扩张从而形成不对称入水空泡;空泡扩张规模与空泡初始水平扩张速度和头型截切的切面区域面积正相关;非对称头型航行体入水弹道会向非切角侧偏转,且头型切角越小弹道偏转幅度越大,姿态角减小也越快;入水角越小,弹道拉平所需要的时间越短,拉平深度也越浅。

非对称头型对航行器入水空泡及弹道特性影响的实验研究

非对称头型能够帮助空投入水的航行器快速达到水平航行状态,在实际中有着较好的应用场景。该文采用了高速摄影的方法,通过开展不同构型头型的实验模型入水冲击试验,揭示非对称头型在5-12 m/s的不同冲击速度和60°、70°、80°和90°的不同冲击角度下入水空泡生成演变机理与入水弹道变化特性。通过数字图像识别技术提取模型的入水弹道轨迹和姿态角的变化从而研究其入水弹道的演变规律。研究结果表明:切角头型使得模型头部受到流体的横向偏转力矩作用,从而使得模型弹道发生偏转;随着入水速度的增加,带有非对称头型模型的弹道偏转幅度随之增加;平头和大切角头型在倾斜入水时由于左右两侧空泡压力差的作用,会使得模型产生俯冲弹道;在不同实验工况下,模型姿态角随时间的变化遵循抛物线变化规律;带有小切角的非对称头型的模型在入水时会形成更大开口直径的空泡,同时产生不对称的入水空泡。