截面边数和运动速度对水下声弹运动特性的影响

发布时间：2021-09-29 21:26

　　声弹作战效能的好坏很大程度上取决于声弹的运动特性。文中基于FLUENT软件中S-A湍流模型的分离涡仿真（DES）模型,以雷诺数Re=2.5×106为例,研究了水下声弹运动的流场特性,并与已知的研究成果进行了对比,确定了DES模型应用在高雷诺数下仿真的准确性。并在此基础上研究了平均阻力系数、升力系数及斯特劳哈尔数受水下声弹表面截面边数和运动速度的影响。研究可知:1)平均升力系数随着运动速度的增大而减小,斯特劳哈尔数随着运动速度的增大而增大;2)当雷诺数相等、截面边数不同时,平均阻力系数随着截面边数的增加而减小,斯特哈尔数随着截面边数的增加而增大;3)正四边形和圆形声弹涡街脱落的频率单一固定,故相比其他结构的声弹,容易引发弹体共振,产生破坏;4)正六边行和正八边形声弹涡街脱落的频率不固定,结构不易产生破坏。文中的研究可为合理设计声弹结构、提高作战效能提供参考。 

【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(03)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

升力系数和阻力系数随时间变化曲线

图9为仿真得出的不同截面边数声弹的Cd和Cl时间历程曲线。由图可知,截面边数为正四边形和圆形的Cd在流场稳定后,趋向于单周期性波动,涡街脱落的频率单一固定,较其他截面结构更易引发共振;正六边形的Cd和Cl趋向于多周期和大幅值的波动,正八边形的Cd和Cl单周期性和规律性较差,正六边形和正八边形涡街脱落的频率不固定,声弹结构不易产生共振破坏[12]。图10为不同横截面边数、相同雷诺数下,Cd和St的变化趋势图。由图可知,Cd随截面边数增加而减小,St随截面边数增加而增大[13]。

图1为声弹运动流场区域示意图。图中,声弹直径D=100 mm。根据文献[6]～[8]设定矩形计算流场尺寸长为40D,宽为16D,取上游区域为8D,下游区域为32D,声弹圆心为坐标原点(x=0,y=0),且圆心到上下边界的距离均为8D。文中假设声弹静止不动,给予水介质相对速度u=25 m/s,密度ρ=998.2 kg/m3,动力粘度ν=1.003×10–3 kg/(m·s),方向沿x轴正方向,此时可以忽略上下壁面边界对仿真结果的影响。仿真方案中,声弹水下运动速度为25 m/s,因此雷诺数Re=ρuD/ν=2.5×106。

【参考文献】：
期刊论文
[1]高雷诺数下单圆柱绕流的DES三维数值模拟[J]. 李燕玲,苏中地.  中国计量学院学报. 2013(04)
[2]高Re数圆柱绕流二维RANS模拟适用性分析[J]. 祝志文.  振动与冲击. 2013(07)
[3]圆柱绕流流场结构的大涡模拟研究[J]. 郝鹏,李国栋,杨兰,陈刚.  应用力学学报. 2012(04)
[4]不同雷诺数下圆柱绕流仿真计算[J]. 詹昊,李万平,方秦汉,李龙安.  武汉理工大学学报. 2008(12)

博士论文
[1]不可压缩湍流大涡模拟研究[D]. 邓小兵.中国空气动力研究与发展中心 2008



本文编号：3414505