兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 828-836.doi: 10.12382/bgxb.2022.0744
收稿日期:
2022-08-24
上线日期:
2023-01-26
通讯作者:
ZHANG Liang, HU Changli*(), WU Xiao’an
Received:
2022-08-24
Online:
2023-01-26
摘要:
超空泡航行体的外形设计关乎其尾拍运动特性。为获得航行体的锥段结构对其尾拍运动特性的影响规律,采用动网格技术结合流体体积多相流模型、SST k-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4种不同锥段结构的航行体尾拍运动特性开展数值模拟研究,分析超空泡航行体的尾拍运动过程及弹道特性。研究结果表明:在一定俯仰角速度扰动下,航行体锥段结构变化对其尾拍稳定性的影响体现出非线性特点,锥段部分过长或过短均会导致航行体的肩部沾湿而形成二次空泡,二次空泡的发展会抑制航行体尾部沾湿,从而回转力矩无法促使俯仰角减小,导致尾拍运动失稳,弹道稳定性较差。该研究成果可为超空泡航行体外形设计提供一定的理论指导。
中图分类号:
张亮, 胡常莉, 吴小安. 超空泡航行体锥段结构对其尾拍运动影响的数值研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 828-836.
ZHANG Liang, HU Changli, WU Xiao’an. Numerical Study on the Influence of Cone Geometry of Supercavitating Vehicle on Its Tail-slap Motion[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(3): 828-836.
工况 | 锥段长度 LC/mm | LC/LB | 转动惯量 Iz/(kg·m2) | 质心位置 (距离头部) x/mm |
---|---|---|---|---|
1 | 17 | 0.1 | 1.0075×10-4 | 89.47 |
2 | 51 | 0.3 | 9.9952×10-4 | 97.80 |
3 | 85 | 0.5 | 9.6972×10-4 | 104.90 |
4 | 119 | 0.7 | 9.0353×10-4 | 110.50 |
表1 航行体主要参数
Table 1 Main parameters of the vehicle
工况 | 锥段长度 LC/mm | LC/LB | 转动惯量 Iz/(kg·m2) | 质心位置 (距离头部) x/mm |
---|---|---|---|---|
1 | 17 | 0.1 | 1.0075×10-4 | 89.47 |
2 | 51 | 0.3 | 9.9952×10-4 | 97.80 |
3 | 85 | 0.5 | 9.6972×10-4 | 104.90 |
4 | 119 | 0.7 | 9.0353×10-4 | 110.50 |
尾拍时间及 沾湿情况 | LC/LB | |||
---|---|---|---|---|
0.1 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | |
首次尾拍时间t/ms | 0.8 | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
头部沾湿范围/(°) | 0~1.3 | 0~3.12 | 0~3.14 | 0~3.23 |
肩部沾湿范围/(°) | >1.3 | >3.6 | ||
尾部沾湿范围/(°) | >7.5 | >3.12 | >3.14 | >3.23 |
表2 不同锥段航行体首次尾拍时间及沾湿情况
Table 2 First tail-slap time and wet condition of vehicles in different cone sections
尾拍时间及 沾湿情况 | LC/LB | |||
---|---|---|---|---|
0.1 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | |
首次尾拍时间t/ms | 0.8 | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
头部沾湿范围/(°) | 0~1.3 | 0~3.12 | 0~3.14 | 0~3.23 |
肩部沾湿范围/(°) | >1.3 | >3.6 | ||
尾部沾湿范围/(°) | >7.5 | >3.12 | >3.14 | >3.23 |
[1] |
doi: 10.1088/1757-899X/225/1/012041 URL |
[2] |
姚忠, 王瑞, 徐保成. 超空泡射弹火炮武器应用现状研究[J]. 火炮发射与控制学报, 2017, 38(3): 92-96.
|
|
|
[3] |
梁景奇, 徐保成, 王瑞, 等. 初速对高速射弹尾拍特性影响研究[J]. 弹箭与制导学报, 2020, 40(2): 130-139.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
赵成功, 王聪, 孙铁志, 等. 初始扰动对射弹尾拍运动及弹道特性影响分析[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2016, 48(10): 71-76.
|
|
|
[6] |
姚忠, 王瑞, 祁晓斌, 等. 初始扰动对高速射弹尾拍过程流体动力特性与弹道特性的影响[J]. 兵工学报, 2020, 41(增刊1): 46-53.
|
|
|
[7] |
陈伟善. 高速超空泡射弹尾拍运动特性数值研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2020:40-47.
|
|
|
[8] |
何乾坤, 魏英杰, 尤天庆, 等. 空泡摆动对超空泡航行体尾拍影响分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2012, 38(4): 509-518.
|
|
|
[9] |
doi: 10.3390/en15010001 URL |
[10] |
doi: 10.1016/S1001-6058(11)60237-0 URL |
[11] |
doi: 10.1016/j.oceaneng.2019.02.021 URL |
[12] |
doi: 10.29252/jafm.11.06.28807 URL |
[13] |
|
[14] |
陈伟善, 郭则庆, 刘如石, 等. 空化器形状对超空泡射弹尾拍运动影响的数值研究[J]. 工程力学, 2020, 37(4): 248-256.
|
|
|
[15] |
赵成功, 王聪, 魏英杰, 等. 质心位置对超空泡射弹尾拍运动影响分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2014, 40(12): 1754-1760.
|
|
|
[16] |
马文轩, 于勇, 胡俊. 小口径超空泡子弹头部外形的优化设计[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(3): 101-113.
|
|
|
[17] |
李达钦. 高速航行体可压缩超空泡流动数值计算方法[D]. 北京: 北京理工大学, 2016.
|
|
|
[18] |
黄闯, 党建军, 李代金, 等. 跨声速运动对射弹阻力及空化特性的影响[J]. 兵工学报, 2016, 37(8): 1482-1488.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.08.021 |
|
|
[19] |
黄闯, 罗凯, 党建军, 等. 流域径向尺度对自然超空泡的影响规律[J]. 西北工业大学学报, 2015, 33(6): 936-941.
|
|
|
[20] |
曹雪洁, 胡俊, 于勇. 液体可压缩性对射弹超空泡流的影响[J]. 兵工学报, 2020, 41(增刊1): 72-78.
|
|
|
[21] |
赵成功, 王聪, 魏英杰, 等. 细长体水下运动空化流场及弹道特性试验[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(3): 339-446.
|
|
[1] | 黄峰, 王威雄, 林忠麟, 吴衔誉, 庄嘉权. 新型结构的四旋翼无人机视觉导航半物理仿真平台设计及试验[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2836-2848. |
[2] | 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. |
[3] | 刘如石, 郭则庆, 张辉. 尾部形状对超空泡射弹尾拍运动影响的数值研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2984-2994. |
[4] | 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. |
[5] | 韩晋阳, 白春华, 檀盼龙. 伞降战斗部毁伤试验落点预测方法研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(6): 1077-1084. |
[6] | 侯东伯, 王聪, 夏维学, 李宜果, 赵静. 弹性尾缘对超空泡航行体空泡形态与压力脉动特性影响的水洞试验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 534-541. |
[7] | 张成举, 王聪, 曹伟, 王金强. 基于无迹卡尔曼滤波的超空泡航行体最优控制研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(6): 1235-1243. |
[8] | 刘忠泽, 陈慧岩, 崔星, 熊光明, 王羽纯, 陶溢. 无人平台越野环境下同步定位与地图创建[J]. 兵工学报, 2019, 40(12): 2399-2406. |
[9] | 王威, 王聪, 李聪慧, 宋武超. 航行体沾湿区域对空泡尾流结构的影响[J]. 兵工学报, 2019, 40(10): 2111-2118. |
[10] | 张曼曼, 姜毅, 程李东, 杨桦, 刘琦. 基于嵌套网格的超声速子母弹分离数值分析[J]. 兵工学报, 2019, 40(1): 79-88. |
[11] | 陈诚, 袁绪龙, 邢晓琳, 党建军. 预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(9): 1780-1785. |
[12] | 周后村, 向敏, 张为华. 超空泡航行体控制面与主空泡相互作用分析[J]. 兵工学报, 2017, 38(5): 949-958. |
[13] | 白涛, 蒋运华, 韩云涛. 基于混合扩展卡尔曼滤波的超空泡航行体变深运动控制研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(10): 1980-1987. |
[14] | 时素果, 王亚东, 刘乐华, 杨晓光. 预置舵角下超空泡航行体运动过程弹道特性研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(10): 1974-1979. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||