兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3371-3384.doi: 10.12382/bgxb.2024.0420
黄振贵1,*(), 王浩1, 蔡晓伟2, 刘想炎1, 陈志华1, 秦健1, 郝戌龙1
收稿日期:
2024-05-30
上线日期:
2024-10-28
通讯作者:
HUANG Zhengui1,*(), WANG Hao1, CAI Xiaowei2, LIU Xiangyan1, CHEN Zhihua1, QIN Jian1, HAO Xulong1
Received:
2024-05-30
Online:
2024-10-28
摘要:
探究冰层对高速射弹入水过程的影响机理对发展适用于冰区海域的先进跨介质武器具有重要指导意义。基于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange, CEL)方法对圆柱射弹以不同初速度垂直高速破冰入水过程进行研究。研究结果表明:射弹初速度较低时(50m/s),撞击所形成的冰孔尺寸较小,严重阻碍了外界气体涌入,空泡扩张发展受阻,导致提前发生颈缩,且不再出现无冰时的表面闭合现象,空泡更快发生深闭合;射弹初速较高时(≥100m/s),撞击所形成的冰孔尺寸较大,外界空气能够持续涌入,延迟空泡闭合,冰层与无冰的空泡尺度差异随初速增加而减小;随着入水速度增加,碎冰对气流干扰程度加剧,增强了空泡内部流场的非线性和湍流特性;射弹在无冰环境入水受力峰值为同速度下破冰入水(冰厚为二分之一射弹直径)的70%。当速度达到 150m/s 时,破冰入水过程中的弹体头部会发生微弱塑性应变,在设计新型冰区跨介质武器时,应着重提高射弹头部结构强度。
中图分类号:
黄振贵, 王浩, 蔡晓伟, 刘想炎, 陈志华, 秦健, 郝戌龙. 速度对射弹垂直破冰入水空泡流动特性的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3371-3384.
HUANG Zhengui, WANG Hao, CAI Xiaowei, LIU Xiangyan, CHEN Zhihua, QIN Jian, HAO Xulong. Influence of Velocity on the Cavity Flow Characteristics of Vertical Ice-breaking Water Entry of a Projectile[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3371-3384.
密度/ (kg·m-3) | 杨氏 模量/GPa | 屈服 应力/MPa | 抗拉 强度/MPa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|
900 | 9.38 | 5.2 | 0.58 | 0.33 |
表1 冰材料属性[28]
Table 1 Ice material properties[28]
密度/ (kg·m-3) | 杨氏 模量/GPa | 屈服 应力/MPa | 抗拉 强度/MPa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|
900 | 9.38 | 5.2 | 0.58 | 0.33 |
密度/(kg·m-3) | 杨氏模量/GPa | 泊松比 | A | B | C | n | m | Tm/K | Tt/K |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
7850 | 210 | 0.29 | 595 | 580 | 0.023 | 0.133 | 2.03 | 1765 | 298 |
表2 45号钢材料属性及Johnson-Cook模型参数[29]
Table 2 Material properties of 45 steel and Johnson-Cook model parameters[29]
密度/(kg·m-3) | 杨氏模量/GPa | 泊松比 | A | B | C | n | m | Tm/K | Tt/K |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
7850 | 210 | 0.29 | 595 | 580 | 0.023 | 0.133 | 2.03 | 1765 | 298 |
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
黄振贵, 范浩伟, 陈志华, 等. 空心弹高速入水机理及特性数值模拟研究[J]. 爆炸与冲击, 2024, 44(1): 117-131.
|
|
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
侯宇, 黄振贵, 郭则庆, 等. 超空泡射弹小入水角高速斜入水试验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(2): 332-341.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.02.015 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.02.015 |
|
[10] |
刘想炎, 于楠, 黄振贵, 等. 不同入水攻角下高速射弹的流固耦合特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3415-3429.
doi: 10.12382/bgxb.2024.0007 |
|
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
张军, 蔡晓伟, 宣建明, 等. 弹体穿越冰水混合物流动过程的数值模拟[J]. 弹道学报, 2020, 32(3): 35-40.
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2020)03-008 |
doi: 10.12115/j.issn.1004-499X(2020)03-008 |
|
[14] |
蔡晓伟, 宣建明, 王宝寿, 等. 细长体穿越冰-水混合物的出水流场数值模拟[J]. 兵工学报, 2020, 41(增刊1): 79-90.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
鹿麟, 陈凯敏, 侯宇, 等. 冰孔约束下弹丸倾斜入水空泡演化特性实验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3082-3090.
doi: 10.12382/bgxb.2023.0596 |
|
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
张润东, 段金雄, 孙铁志, 等. 自由面碎冰浮冰环境高速入水动力学特性[J]. 空气动力学学报, 2024, 42(1): 100-112.
|
|
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
汪春辉, 王嘉安, 王超, 等. 基于S-ALE方法的圆柱体垂直出水破冰研究[J]. 力学学报, 2021, 53(11): 3110-3123.
|
|
|
[31] |
|
[1] | 鹿麟, 陈凯敏, 侯宇, 胡彦晓, 张东晓, 高词松, 杨哲. 冰孔约束下弹丸倾斜入水空泡演化特性实验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3082-3090. |
[2] | 陈柏翰, 赵生伟, 邹慧辉, 王伟光, 戴湘晖, 王可慧. 侵彻弹体过载信号特性与处理技术研究进展[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 2906-2928. |
[3] | 杨硕, 杜天玮, 张晓鹏, 马梁, 张桂昌. 外物损伤对叶片振动疲劳裂纹扩展性能的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1713-1721. |
[4] | 王等旺, 徐海斌, 马泽龙, 徐畅, 刘小东, 张云峰, 赵奇峰. 脉冲激光起爆光敏炸药特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1350-1357. |
[5] | 刘喜燕, 袁绪龙, 罗凯, 鲁娜. 跨介质航行器出入水连续弹道试验与仿真[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1225-1236. |
[6] | 李宜果, 王聪, 武雨嫣, 曹伟, 卢佳兴, 何乾坤. 跨介质航行体高速入水空泡壁面运动特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(3): 574-585. |
[7] | 杨晓光,党建军,王鹏,王亚东,陈诚,李得英. 波浪对航行体高速入水载荷特性影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 355-362. |
[8] | 高峰, 张泽. 含装药缺陷的固体火箭发动机性能评估综述[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1789-1802. |
[9] | 袁绪龙, 栗敏, 丁旭拓, 任伟, 周方旭. 跨介质航行器高速入水冲击载荷特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1440-1449. |
[10] | 余德磊, 曹伟, 魏英杰. 回转体低速串联入水空泡及运动特性试验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7): 1375-1383. |
[11] | 李国良, 尤天庆, 孔德才, 李静, 周伟江. 旋成体高速入水可压缩性影响研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(4): 720-729. |
[12] | 刘坚成, 张雷雷, 徐坤, 皮爱国, 史文卿, 黄风雷. 反弹道非正侵彻的弹体结构响应实验研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(9): 1797-1803. |
[13] | 卢佳兴, 王聪, 魏英杰, 许昊, 宋武超. 回转体齐射出水过程空泡演化规律与弹道特性实验研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(6): 1226-1234. |
[14] | 段春争, 刘玉敏, 孙伟, 车明帆. 增强颗粒对切削SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响机理[J]. 兵工学报, 2019, 40(1): 208-218. |
[15] | 张晓颖, 李胜杰, 李志强. 爆炸载荷作用下夹层玻璃动态响应的数值模拟[J]. 兵工学报, 2018, 39(7): 1379-1388. |
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