攻角与横流耦合作用下尾翼式超空泡射弹倾斜入水空化非对称与尾拍特性

王铭杰; 张克斌; 段继; 何郑辉; 杨筱; 叶陟旸

doi:10.12382/bgxb.2026.0098

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

攻角与横流耦合作用下尾翼式超空泡射弹倾斜入水空化非对称与尾拍特性

更新时间：2026-10-13

- 攻角与横流耦合作用下尾翼式超空泡射弹倾斜入水空化非对称与尾拍特性
- Cavitation Asymmetry and Tail-Slap Characteristics of a Finned Supercavitating Projectile during Oblique Water Entry under the Combined Effect of Angle of Attack and Crossflow
- 兵工学报 2026年47卷第9期页码：260098
- 作者机构：
  
  1.中北大学机电工程学院，山西太原 030051
  2.南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094
- 作者简介：
  
  邮箱：20230206@nuc.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(12402468);国家资助博士后研究人员计划项目(GZB20250003);山西省基础研究计划项目(202403021222158;202403021222129)
- DOI：10.12382/bgxb.2026.0098
  中图分类号： TJ67
- 收稿：2026-01-26，
  
  修回：2026-09-01，
  
  录用：2026-05-13，
  
  网络首发：2026-09-07，
  
  纸质出版：2026-09-30
- 稿件说明：
移动端阅览
王铭杰,张克斌,段继等.攻角与横流耦合作用下尾翼式超空泡射弹倾斜入水空化非对称与尾拍特性[J].兵工学报,2026,47(09):260098.

WANG Mingjie,ZHANG Kebin,DUAN Ji,et al.Cavitation Asymmetry and Tail-Slap Characteristics of a Finned Supercavitating Projectile during Oblique Water Entry under the Combined Effect of Angle of Attack and Crossflow[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(09):260098.
王铭杰,张克斌,段继等.攻角与横流耦合作用下尾翼式超空泡射弹倾斜入水空化非对称与尾拍特性[J].兵工学报,2026,47(09):260098. DOI： 10.12382/bgxb.2026.0098.

WANG Mingjie,ZHANG Kebin,DUAN Ji,et al.Cavitation Asymmetry and Tail-Slap Characteristics of a Finned Supercavitating Projectile during Oblique Water Entry under the Combined Effect of Angle of Attack and Crossflow[J].ACTA ARMAMENTARII,2026,47(09):260098. DOI： 10.12382/bgxb.2026.0098.

摘要

为揭示攻角与横流耦合作用下尾翼式超空泡射弹倾斜入水的空化演化与动力学响应机理，基于雷诺平均Navier-Stokes方程、剪切应力输运

k-ω

（

为湍动能，

为比耗散率）湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型及流体体积多相流模型，构建了射弹倾斜入水的多相流数值模型，系统研究了射弹以100 m/s的速度、45°入水角倾斜入水时的空化特性与动力学响应。研究结果表明：横流对倾斜入水射弹的空化形态影响显著，正横流加剧空化的非对称性与尾拍失稳，而特定负横流（-2 m/s）则可缓解因倾斜入水引起的空化非对称性，提升弹体稳定性；攻角的正负影响空泡不对称的朝向，且攻角绝对值越大，非对称程度与尾拍强度越高。当攻角与横流同时存在（即耦合）时，存在俯仰力矩的叠加或抵消效应：同方向耦合会放大空化的非对称性并加剧失稳，反方向耦合则有助于缓解空化非对称、增强射弹入水稳定性。

Abstract

The cavitation evolution and dynamic response mechanisms of a finned supercavitating projectile during oblique water entry under the combined effects of angle of attack and crossflow are investigated. This paper establishes a multiphase numerical model based on the RANS equations， SST

k-ω

turbulence model， Schnerr-Sauer cavitation mo

del， and VOF multiphase model. The cavitation characteristics and dynamic response of the projectile entering water at a velocity of 100 m/s and an angle of 45° are systematically investigated. The results indicate that the crossflow has a significant influence on the cavitation morphology of the projectile during oblique water entry： the positive crossflow exacerbates the cavitation asymmetry and tail-slap instability， while a specific negative crossflow （-2 m/s） mitigates the asymmetry of cavitation induced by oblique water entry， thereby enhancing the stability of the projectile. The positive and negative angles of attack also affect the orientation of cavity asymmetry， and the larger the absolute value of the angle of attack， the greater the degree of asymmetry is， and the higher the tail-slap intensity is. The superposition or cancellation effects of pitching moment occurs when both the angle of attack and crossflow are present. Coupling in the same direction amplifies the asymmetry of cavitation and instability， whereas coupling in the opposite directions alleviates the asymmetry of cavitation and enhances the stability of the projectile during water entry.

关键词

Keywords

references

王聪，许海雨，卢佳兴 . 跨介质航行器入水多相流场及运动特性研究现状与展望［J］. 水下无人系统学报， 2023 ， 31 （ 1 ）： 38 - 49 .

Wang C ， Xu H Y ， Lu J X . Status and prospects of investigation into multiphase flow field and motion characteristics of trans-medium vehicles during water entry ［J］. Journal of Unmanned Undersea Systems ， 2023 ， 31 （ 1 ）： 38 - 49 . （in Chinese）

Zhang L ， Zhang C ， Jia H ， et al . Effects of lateral flows on the supercavitation and hydrodynamic characteristics of underwater series and parallel high-speed projectiles ［J］. Journal of Marine Science and Engineering ， 2023 ， 11 （ 4 ）： 878 .

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 .

Hou Y ， Huang Z G ， Guo Z Q ， et al . Experimental investigation on shallow-angle oblique water-entry of a high-speed supercavitating projectile ［J］. Acta Armamentarii ， 2020 ， 41 （ 2 ）： 332 - 341 . （in Chinese）

Wilson N ， White C ， Chen A ， et al . Ultra-high-G ballistic impact into water targets ［C］// The 16th Hypervelocity Impact Symposium ， 2022 ： HVI S2022 - 61 .

Wang K J ， Rong G ， Mu Q ， et al . Double slapping effects on a supercavitation projectile ［J］. AIP Advances ， 2019 ， 9 （ 1 ）： 015104 .

Hrubes J D . High-speed imaging of supercavitating underwater projectiles ［J］. Experiments in Fluids ， 2001 ， 30 （ 1 ）： 57 - 64 .

Shi Y ， Wang G H ， Pan G . Experimental study on cavity dynamics of projectile water entry with different physical parameters ［J］. Physics of Fluids ， 2019 ， 31 （ 6 ）： 067103 .

Li Z P ， Sun L Q ， Yao X L ， et al . Experimental study on cavity dynamics in high Froude number water entry for different nosed projectiles ［J］. Applied Ocean Research ， 2020 ， 102 ： 102305 .

Sui Y T ， Li S ， Ming F R ， et al . An experimental study of the water entry trajectories of truncated cone projectiles： the influence of nose parameters ［J］. Physics of Fluids ， 2022 ， 34 （ 5 ）： 052102 .

路丽睿，魏英杰，王聪，等 . 不同头型射弹低速倾斜入水空泡及弹道特性试验研究［J］. 兵工学报， 2018 ， 39 （ 7 ）： 1364 - 1371 .

Lu L R ， Wei Y J ， Wang C ， et al . Experimental study on the cavity and ballistic characteristics of low-speed oblique water entry of revolution body ［J］. Acta Armamentarii ， 2018 ， 39 （ 7 ）： 1364 - 1371 . （in Chinese）

郝博，尹兴超，周晗，等 . 六尾翼枪弹尾部楔角对弹道及超空泡特性影响［J］. 舰船科学技术， 2022 ， 44 （ 5 ）： 11 - 15 .

Hao B ， Yin X C ， Zhou H ， et al . Influence of wedge angle on trajectory and supercavitation characteristics of six-tailed projectile ［J］. Ship Science and Technology ， 2022 ， 44 （ 5 ）： 11 - 15 . （in Chinese）

Mehri A ， Akbarzadeh P . Hydrodynamic characteristics of heated/non-heated and grooved/un-grooved spheres during free-surface water entry ［J］. Journal of Fluids and Structures ， 2020 ， 97 ： 103100 .

Sun T Z ， Shi C B ， Zhang G Y ， et al . Experimental study on the influence of the angle of attack on cavity evolution and surface load in the water entry of a cylinder ［J］. Ocean Engineering ， 2021 ， 219 ： 108271 .

Sun Y Y ， Zhang X Y ， Wang X ， et al . Numerical investigation of vehicle water entry with angle of attack ［J］. Physics of Fluids ， 2024 ， 36 （ 9 ）： 092120 .

Wang Z ， Feng P H ， Liu G Q ， et al . Load and motion behaviors of ogive-nosed projectile during high-speed water entry with angle of attack ［J］. Ocean Engineering ， 2022 ， 266 ： 112937 .

祁晓斌，施瑶，刘喜燕，等 . 阶梯式圆柱射弹小角度入水弹道特性研究［J］. 力学学报， 2023 ， 55 （ 11 ）： 2468 - 2479 .

Qi X B ， Shi Y ， Liu X Y ， et al . Study on trajectory characteristics of stepped cylindrical projectile entering water at small angle ［J］. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics ， 2023 ， 55 （ 11 ）： 2468 - 2479 . （in Chinese）

Liu X ， Cai X ， Huang Z ， et al . Comparative study on the oblique water-entry of high-speed projectile based on rigid-body and elastic-plastic body model ［J］. Defence Technology ， 2025 ， 46 ： 133 - 155 .

Wang M ， Fan C Y ， Hou G S . Numerical research of lateral flow influence on supercavitating flow ［J］. AIP Advances ， 2022 ， 12 （ 4 ）： 045214 .

Sun J Y ， Sun S L ， Zhang Z F ， et al . Numerical investigation on entry of an inclined cylinder into water under uniform current and wind ［J］. Ocean Engineering ， 2023 ， 287 ： 115851 .

吕科余，张焕好，靳笑宇，等 . 横流对尾翼式超空泡射弹入水过程的影响［J］. 兵工学报， 2025 ， 46 （ 5 ）： 240192 .

Lü K Y ， Zhang H H ， Jin X Y ， et al . Influence of transverse flow on a supercavitating projectile with tail fin during water entry ［J］. Acta Armamentarii ， 2025 ， 46 （ 5 ）： 240192 . （in Chinese）

曹雪洁，胡俊，于勇 . 液体可压缩性对高速射弹超空泡流的影响［J］. 兵工学报， 2020 ， 41 （增刊1 ）： 72 - 78 .

Cao X J ， Hu J ， Yu Y . Effect of liquid compressibility on supercavitation flow of high-speed projectiles ［J］. Acta Armamentarii ， 2020 ， 41 （ S1 ）： 72 - 78 . （in Chinese）

Harkins T K . Development， theory & some test results ［C］// The 36th Annual Gun & Ammunition Symposium & Exhibition ， 2001 ： 1 - 27 .

Lu L ， Gao C S ， Li F ， et al . Experimental Investigation into the Tail-Slapping Motion of a Projectile with an Oblique Water-Entry Speed ［J］. Journal of Marine Science and Engineering ， 2023 ， 11 （ 9 ）： 1664 .

Hong Y ， Wang B L ， Liu H . Numerical study of hydrodynamic loads at early stage of vertical high-speed water entry of an axisymmetric blunt body ［J］. Physics of Fluids ， 2019 ， 31 （ 10 ）： 102105 .

Fan H W ， Huang Z G ， Wang H ， et al . Numerical study of high-speed vertical water entry of hollow projectiles with different aperture sizes and velocities ［J］. Journal of Applied Fluid Mechanics ， 2023 ， 16 （ 11 ）： 2219 - 2234 .

浏览量

下载量

CNKI被引量

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

波流作用下并联尾翼弹垂直入水数值模拟

来流组分对锥柱模型气动特性影响数值模拟

气/水介质对超空泡射弹-铝靶动态响应特性的影响

攻角和侧滑角作用下超空泡射弹小角度入水弹道特性

基于熔池温度感知和机器学习的薄板焊接熔透状态监测