水下高速航行體發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計及超空泡流場特性研究.pdf

1、高速物體出入水現(xiàn)象被公認(rèn)為是一個經(jīng)典的流體沖擊動力學(xué)問題。該現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中比較常見,一直以來,相關(guān)的研究成果在工業(yè)、自然科學(xué)以及國防技術(shù)等領(lǐng)域里有著廣泛而又重要的應(yīng)用。但是由于伴隨高速物體出入水過程所產(chǎn)生的超空泡問題涉及到液面和空泡界面這兩個非線性自由邊界,具有較強(qiáng)的非線性和瞬變特性,現(xiàn)有的實驗研究方法和數(shù)值模擬技術(shù)都不能很好的對相關(guān)物理過程作出準(zhǔn)確的測量和預(yù)報。
　　 本文以實驗研究為主要研究手段,對高速航行體的出入水過程開

2、展了一系列的研究。主要工作和研究結(jié)果包括:(1)通過自行設(shè)計和研制一套安全可靠、操作方便、效果明顯的水下高速航行體發(fā)射試驗研究系統(tǒng),結(jié)合運用高速攝影技術(shù)實現(xiàn)了對高速航行體出入水過程的流場可視化研究;(2)高速航行體入水過程中的“尾拍”效應(yīng)主要表現(xiàn)為航行體尾部與空泡壁面的來回振蕩碰觸作用,這種振蕩最直接的影響體現(xiàn)在航行體后端“三維振蕩型螺旋狀軌跡尾流”的產(chǎn)生和發(fā)展;(3)超空泡的尾部流場會旱現(xiàn)出較強(qiáng)的湍流特性,由氣泡組成的尾渦會發(fā)生周期性

3、地脫落,一系列的渦會交替地從物體兩邊脫落,航行體上空泡的非對稱性脫落會使周圍的流場受到擾動,引起壓力分布脈動,導(dǎo)致航行體運動方向發(fā)生顯著變化;(4)高速航行體出入水過程會破壞自由液面的穩(wěn)定性,最直接的體現(xiàn)就是自由液面上入水“噴濺”和出水“噴濺”的形成、發(fā)展和回落,航行體的幾何特征、發(fā)射速度、發(fā)射攻角都是影響出航行體入水過程液面穩(wěn)定性的重要因素;(5)航行體在水中的速度總體變化呈現(xiàn)出較強(qiáng)的衰減特性,航行體在超空泡狀態(tài)運行下其運動阻力系數(shù)會

4、減小,其速度衰減趨勢會變緩,超空泡的減阻效應(yīng)得到了驗證;(6)出水過程中,在航行體上會發(fā)生自上而下的空泡潰滅,空泡潰滅的程度對航行體出水過程的運動穩(wěn)定性會造成較大影響;(7)航行體在出水瞬時會發(fā)生一個短暫的加速過程,但隨后的趨勢依然是減速,當(dāng)航行體完全出水后,在自由液面附近會形成一個有向上運動趨勢的氣液混合攪拌流場。
　　 本論文深入研究了伴隨超空泡產(chǎn)生的高速航行體出入水過程,為相關(guān)問題的后續(xù)深入研究提供了大量詳實可靠的實驗數(shù)據(jù)