复杂表面形状以及多连发射弹的超空泡流动特性研究

发布时间：2020-08-09 02:20

【摘要】：随着水下高效减阻技术——超空泡的发现和应用,高速水下射弹、鱼雷、航行体等水下武器相继问世。由于水介质的密度是空气的800倍左右,信息传输受限,目标测距和定位精度不高。除高速摄影仪拍摄,声呐探测技术外,缺乏其他的研究和探测手段;且对于高速(100m/s以上)水下航行体超空泡试验研究较为困难,花费大量的人力物力;而数值模拟的方法得益于计算机的高速发展,具有效率高、精度高、成本低的特点,被广泛应用。到目前为止,对于超空泡流动的研究虽已取得很大进展,但依然存在许多机理性和应用方面的问题,并未得到很好的解决。如,超空泡如何最大限度的减阻问题、连续性发射的高速射弹超空泡的问题以及跨介质、扰动区域的射弹超空泡问题等。基于上述研究的现状,本文拟采用数值模拟、理论分析和实验对比的方法对超空泡的相关问题进行进一步的研究,研究的具体的内容如下:(1)为了研究超空泡最大限度地减阻机理,选取不同凹槽数的圆盘空化器射弹为研究对象,基于商业软件FLUENT,对其形成的三维超空泡进行了数值模拟。分析了圆盘形空化器凹槽数对所形成的三维超空泡形状的影响,并将超空泡的外形轮廓形态与Logvinovich半经验公式进行对比,具有较好的一致性,此外,还印证了三维超空泡的自修复特性,即:三维超空泡能够在极短时间内恢复成光滑的椭球形;并分析空化器凹槽数对超空泡射弹阻力系数的影响。(2)研究了连续性发的射弹超空泡流场相互作用的机理。采用动网格技术和UDF功能,对两连发、三连发射弹超空泡流动特性进行了数值计算研究。得到了连发射弹超空泡流场的相互作用以及连发射弹超空泡形状的变化规律,并给出了连发射弹超空泡流场相互影响的因素、阻力系数变化曲线以及射弹超空泡流场周围速度的变化曲线和涡的分布。(3)研究了射弹超空泡流场与多相介质流场的相互作用机理。采用动网格技术,使用Patch功能设定流场的扰动区域,对超空泡射弹穿过扰动流场(多相介质流场)的情况进行数值模拟,包括单发射弹超空泡穿过不同宽度的扰动流场和连发射弹穿过扰动流场两个方面的内容。通过研究射弹超空泡作用于扰动流场以及超空泡流场相互作用的情况可知,随着扰动流场宽度的增加,在跨介质的过程中射弹超空泡会被完全抑制;超空泡流场具有扰动流场的性质,对射弹超空泡有抑制作用;并与试验结果进行了对比和验证分析。对于高速超空泡射弹的减阻、连续发射的高速射弹超空泡的相互作用以及跨介质的高速超空泡流场数值计算的结果综合分析,将本文的结论进行归纳整理,对比验证,为后续的连发射弹超空泡以及跨介质超空泡的数值模拟和试验研究提供数值计算和理论分析上的参考。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ6

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