高速射彈入水時誘導(dǎo)的超空泡流動特性的數(shù)值模擬.pdf

1、當(dāng)高速射彈在液體中運(yùn)動，彈體周圍壓力低于飽和蒸氣壓時，彈體周圍就會被汽化產(chǎn)生的蒸氣包裹減小彈體與液體的沾濕面積，從而極大地降低航行的阻力即為超空泡現(xiàn)象。超空泡理論在水下航行體減阻，使水下航行體獲得高速運(yùn)動中具有非常重要的應(yīng)用。超空泡流動現(xiàn)象也是一種比較復(fù)雜的流動現(xiàn)象，而高速射彈入水過程中的超空泡流動更是一種極其復(fù)雜的流動現(xiàn)象。以往對超空泡的研究主要是基于實(shí)驗(yàn)研究的方法，然而由于超空泡流動具有高速，復(fù)雜，多變等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)研究存在一定的局限

2、性;近年來，由于計算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，使得運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對超空泡的研究更為便捷，可一定程度補(bǔ)充和拓展實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。
　　本文使用CFD軟件并選擇VOF多相流模型，模擬了高速射彈入水過程。以直徑為6mm、長徑比為12的圓柱體為射彈模型，分別計算了平頭、圓頭和尖頭圓柱體射彈以100m/s速度入水的超空泡流場。將入水超空泡形狀的模擬計算結(jié)果，與Logvinovich半經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn):彈體前半部分的空泡形狀相互吻合，但后部空

3、泡形狀尺寸大于半經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果，這可能是因?yàn)槿胨张輹A帶空氣進(jìn)入的緣故。另外，對3種頭型射彈超空泡的相圖作了對比分析，發(fā)現(xiàn):尖頭射彈產(chǎn)生的超空泡中夾雜的空氣量最多，而平頭射彈的次之，圓頭射彈產(chǎn)生的超空泡中夾雜的空氣量最少;圓頭射彈產(chǎn)生的超空泡中夾雜的空氣體積分?jǐn)?shù)最大，而尖頭射彈的次之，平頭射彈產(chǎn)生的超空泡中夾雜的空氣體積分?jǐn)?shù)最小。針對圓頭圓柱體射彈，還計算了500m/s、900m/s和1500m/s入水速度下的超空泡流場，并進(jìn)行了相關(guān)

4、對比分析。此外，還分析了頭型對最大壓力的影響，入水速度對最大壓力的影響;頭型對最大速度的影響，入水速度對最大速度的影響;頭型對壓力系數(shù)的影響，入水速度對壓力系數(shù)的影響;頭型對表面摩擦系數(shù)的影響，入水速度對表面摩擦系數(shù)的影響;頭型對渦量的影響，入水速度對渦量的影響;馬赫數(shù)對等壓線分布的影響;得出了一系列的結(jié)論。而且針對海軍工程大學(xué)侯健教授所用實(shí)驗(yàn)彈體模型，使用靜網(wǎng)格技術(shù)對射彈水平入水的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分析了產(chǎn)生空泡中空氣攜帶的一些問