两连发射弹出入水的轴对称超空泡流动特性

发布时间：2021-10-30 08:45

　　基于N-S方程的有限体积法,引入VOF多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型分别建立了两连发射弹入水、出水运动的计算模型,并进行了数值计算。分别获得了两连发射弹入水和出水过程的超空泡演化规律和超空泡压力场变化。并结合超空泡演化规律,分析了超空泡演化过程对两连发射弹入水速度衰减、浸彻位移变化的影响,分析了超空泡演化过程对射弹出水速度、阻力系数的影响。研究结果表明:对于两连发射弹入水,后发射弹入水撞击阶段受到的冲击载荷比前发射弹的小,前、后发射弹各自诱导的空泡相互融合成1个空泡,后发射弹最终完全被超空泡包裹,后发射弹能够追上前发射弹并发生碰撞,碰撞后在空泡壁面上出现了一个波动现象,并且存在波动的空泡壁面易发生崩溃;对于两连发射弹出水,前发射弹诱导的超空泡遇到自由液面后被剥离在水面下,而前发射弹甩掉水层后进入到空气中飞行,在前发射弹剥离的超空泡的影响下,后发射弹会发生脱离自身超空泡、进入前发射弹超空泡、超空泡溃灭、生成新的局部超空泡等行为,这与单独的超空泡射弹出水有很大的区别。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2020,38(06)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

射弹的物理模型

图1 射弹的物理模型对于上述计算模型压力与速度之间的耦合求解采用PISO算法，压力场的空间离散采用PRESTO！格式，各项体积率离散采用CICSAM格式，密度和动量采用二阶迎风离散格式，空间离散采用二阶迎风格式，时间离散采用一阶隐格式。

关于连发射弹高速入水或出水的研究缺乏相关的文献报道，并且实验难度很大，所以采用上文所述的计算方法和边界条件分别对文献[11]中的单发平头圆柱体入水实验和文献[33]中的工况10的单发射弹出水实验进行了数值模拟。数值计算中入水运动参数设置与实验一致，该平头圆柱体直径为12.65 mm，长25.4mm，质量为22.52g，入水初速度为142.7m/s。将数值模拟得到的速度和入水浸彻位移随时间的变化分别与实验结果进行对比，结果如图4和图5所示，从图中可以看出，数值模拟结果与实验结果具有较高的一致性。图6比较了数值模拟和实验在t=3ms时获得的入水空泡形状，两者的空泡形状基本一致。对文献[33]中射弹出水实验的工况10进行了数值计算，实验采用的射弹头形为圆台形，头部直径为3mm，长度为48 mm，质量为2.983g，水深为480mm，出水初速度为83.28 m/s。图7给出了实验和数值模拟关于射弹出水时空泡的演化过程，图中每相邻两张图片的时间间隔Δt=0.25ms，从图中可以看出数值模拟结果和实验结果对应良好。已证明该数值方法计算出的空泡轮廓与Logvinovich的理论计算结果一致[16-17]。验证有效地证实了数值模拟方法的准确性。图4 射弹入水速度衰减的数值模拟和实验结果[11]对比

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]水下垂直发射的航行体在出水过程中超空泡的形成、溃灭及其与自由面相互作用的水动力学机理研究[D]. 胡俊辉.浙江理工大学 2014



本文编号：3466428