弹体高速入水弹道稳定及空泡特性研究

发布时间：2020-10-16 01:39

　　 导弹、空投鱼雷及火箭助飞鱼雷等武器在攻击水下目标的过程中都要经历入水过程。弹体在入水过程中位于一个包裹住弹体的空泡内,只有头部与水接触,水下流体动力的微小扰动就会对弹体的弹道及姿态造成影响并引起弹体运动失稳。弹体入水初期带空泡航行阶段的末参数将作为全沾湿航行阶段的初始参数,为保证弹体完全入水后仍然具有满意的弹道特性,对弹体入水初期带空泡航行阶段的弹道稳定性及空泡特性的研究就显得很有必要。本文首先基于动量定理及动量矩定理建立了弹体入水初期带空泡航行阶段的六自由度弹道方程,在确定作用在弹体上的流体动力后可以用来预测弹体入水后的弹道,并对作用在弹体上的外力进行了分析研究。其次,利用高速相机记录了四种典型头型的柱状弹体在不同初始条件下的入水过程,通过对图像数据的处理获得了弹体的速度衰减、弹体质心的横向偏移、弹体姿态角的变化以及入水空泡的发展过程随弹体头型、弹体入水初速和弹体入水角的变化规律。基于实验结果和仿真分析研究了弹体在带空泡航行阶段瞬时阻力系数随时间的变化规律以及入水瞬间在水下产生的初始冲击脉冲的衰减规律。最后对入水空泡的闭合机制进行了分析研究,分别基于能量守恒定理和势流理论建立了入水空泡的扩展模型,研究了极端的情况下空泡的扩展、空泡壁的运动及空泡的深闭合等特性。虽然采取了极端的条件,但研究方法具有通用性且也能表示空泡的一般特性。本文得到的结果可以加深对弹体高速入水过程中弹体的运动过程及空泡扩展规律的理解,为研究弹体高速入水后带空泡航行阶段的弹道特性提供一定的实验支持和理论指导。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TJ6;TJ012
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 入水问题研究进展
        1.2.2 入水空泡研究进展
        1.2.3 国内外研究综述
    1.3 本文主要研究内容
第2章 入水弹道理论分析
    2.1 引言
    2.2 入水过程分析
        2.2.1 空化现象
        2.2.2 入水过程
    2.3 入水弹道方程
        2.3.1 坐标系及基本变量定义
        2.3.2 动力学方程
        2.3.3 运动学方程
    2.4 弹体入水受力分析
    2.5 本章小结
第3章 弹体入水速度衰减特性
    3.1 引言
    3.2 实验设备
    3.3 弹体动力学
    3.4 速度衰减实验研究
        3.4.1 头型对阻力系数的影响
        3.4.2 入水初速对阻力系数影响
        3.4.3 对阻力系数的进一步研究
    3.5 速度衰减仿真研究
        3.5.1 仿真模型及结果验证
        3.5.2 弹体阻力系数确定
        3.5.3 瞬时阻力系数
    3.6 本章小结
第4章 弹道稳定性及冲击压力特性
    4.1 引言
    4.2 入水弹道稳定性
        4.2.1 头型对弹道稳定性的影响
        4.2.2 入水初速对弹道稳定性的影响
        4.2.3 入水角对弹道稳定性的影响
    4.3 冲击压力特性
        4.3.1 初始脉冲实验研究
        4.3.2 初始脉冲特性仿真研究
    4.4 本章小结
第5章 入水空泡特性
    5.1 引言
    5.2 空泡闭合机制
    5.3 入水空泡模型
        5.3.1 基于能量守恒的空泡模型
        5.3.2 基于欧拉方程的空泡模型
        5.3.3 模型结果对比
    5.4 空泡特性研究
        5.4.1 空泡壁最大半径及速度
        5.4.2 空泡深闭合分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


本文编号：2842554