復(fù)雜表面形狀以及多連發(fā)射彈的超空泡流動(dòng)特性研究.pdf

1、隨著水下高效減阻技術(shù)——超空泡的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，高速水下射彈、魚雷、航行體等水下武器相繼問世。由于水介質(zhì)的密度是空氣的800倍左右，信息傳輸受限，目標(biāo)測(cè)距和定位精度不高。除高速攝影儀拍攝，聲吶探測(cè)技術(shù)外，缺乏其他的研究和探測(cè)手段;且對(duì)于高速（100m/s以上）水下航行體超空泡試驗(yàn)研究較為困難，花費(fèi)大量的人力物力;而數(shù)值模擬的方法得益于計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，具有效率高、精度高、成本低的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。到目前為止，對(duì)于超空泡流動(dòng)的研究雖已取得很大

2、進(jìn)展，但依然存在許多機(jī)理性和應(yīng)用方面的問題，并未得到很好的解決。如，超空泡如何最大限度的減阻問題、連續(xù)性發(fā)射的高速射彈超空泡的問題以及跨介質(zhì)、擾動(dòng)區(qū)域的射彈超空泡問題等。
　　基于上述研究的現(xiàn)狀，本文擬采用數(shù)值模擬、理論分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法對(duì)超空泡的相關(guān)問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究，研究的具體的內(nèi)容如下:
　　(1)為了研究超空泡最大限度地減阻機(jī)理，選取不同凹槽數(shù)的圓盤空化器射彈為研究對(duì)象，基于商業(yè)軟件FLUENT，對(duì)其形成的三維超

3、空泡進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析了圓盤形空化器凹槽數(shù)對(duì)所形成的三維超空泡形狀的影響，并將超空泡的外形輪廓形態(tài)與Logvinovich半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對(duì)比，具有較好的一致性，此外，還印證了三維超空泡的自修復(fù)特性，即:三維超空泡能夠在極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)成光滑的橢球形;并分析空化器凹槽數(shù)對(duì)超空泡射彈阻力系數(shù)的影響。
　　(2)研究了連續(xù)性發(fā)的射彈超空泡流場(chǎng)相互作用的機(jī)理。采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)和UDF功能，對(duì)兩連發(fā)、三連發(fā)射彈超空泡流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究

4、。得到了連發(fā)射彈超空泡流場(chǎng)的相互作用以及連發(fā)射彈超空泡形狀的變化規(guī)律，并給出了連發(fā)射彈超空泡流場(chǎng)相互影響的因素、阻力系數(shù)變化曲線以及射彈超空泡流場(chǎng)周圍速度的變化曲線和渦的分布。
　　(3)研究了射彈超空泡流場(chǎng)與多相介質(zhì)流場(chǎng)的相互作用機(jī)理。采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，使用Patch功能設(shè)定流場(chǎng)的擾動(dòng)區(qū)域，對(duì)超空泡射彈穿過擾動(dòng)流場(chǎng)（多相介質(zhì)流場(chǎng)）的情況進(jìn)行數(shù)值模擬，包括單發(fā)射彈超空泡穿過不同寬度的擾動(dòng)流場(chǎng)和連發(fā)射彈穿過擾動(dòng)流場(chǎng)兩個(gè)方面的內(nèi)容。通過

5、研究射彈超空泡作用于擾動(dòng)流場(chǎng)以及超空泡流場(chǎng)相互作用的情況可知，隨著擾動(dòng)流場(chǎng)寬度的增加，在跨介質(zhì)的過程中射彈超空泡會(huì)被完全抑制;超空泡流場(chǎng)具有擾動(dòng)流場(chǎng)的性質(zhì)，對(duì)射彈超空泡有抑制作用;并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和驗(yàn)證分析。
　　對(duì)于高速超空泡射彈的減阻、連續(xù)發(fā)射的高速射彈超空泡的相互作用以及跨介質(zhì)的高速超空泡流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果綜合分析，將本文的結(jié)論進(jìn)行歸納整理，對(duì)比驗(yàn)證，為后續(xù)的連發(fā)射彈超空泡以及跨介質(zhì)超空泡的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究提供數(shù)值計(jì)