發(fā)布時間：2020-06-16 16:49

【摘要】：跨介質(zhì)攻擊武器是近年來研究的熱點,主要特點在于可以跨越界面從而實現(xiàn)在不同介質(zhì)環(huán)境中的有效運動,能夠隱蔽高效突防、執(zhí)行多重任務(wù),實現(xiàn)水面攻擊和水下攻擊一體化問題,前景十分廣闊。彈丸超音速入水屬于跨介質(zhì)問題,但是在運動過程中,入水瞬間及水下運動規(guī)律尚未研究透徹,且其中涉及跨介質(zhì)的氣固液三相多物理場耦合難點問題,因此,彈丸超音速入水沖擊過程物理機制的研究具有重大的理論價值和實際工程意義。目前,關(guān)于彈丸超音速入水的計算研究,方法有有限元法、SPH無網(wǎng)格方法以及ALE方法,但是,國內(nèi)基于歐拉方法求解彈丸超音速入水的研究仍然很少。因此,本文開發(fā)了基于歐拉方法的高精度格式算法,分別研究了彈丸在單介質(zhì)和跨介質(zhì)中的運動,并分析了彈丸超音速入水過程的一系列復(fù)雜物理現(xiàn)象,解決了氣固液三相物質(zhì)在彈丸入水過程中的耦合問題,為跨介質(zhì)問題的研究提供了新的方法。主要研究內(nèi)容如下:(1)針對歐拉方法難以追蹤物質(zhì)界面的缺陷,引入了Level set方法對物質(zhì)界面進行追蹤,結(jié)合WENO高階精度格式求解Euler方程,編制了相應(yīng)的二維程序,通過算例驗證了Level set在界面捕捉方面的優(yōu)越性能。(2)結(jié)合MGFM虛擬流體方法和Level set方程設(shè)定正確的邊界條件來處理流固耦合界面,開發(fā)了彈丸在空氣中高速運動程序,能夠很好地模擬彈丸在空氣中的運動,驗證了該程序的可靠性,為研究彈丸跨介質(zhì)問題打下基礎(chǔ)。(3)基于歐拉方法,引入了M-Schmidt空化模型,結(jié)合rGFM虛擬流體方法和Level set方法,開發(fā)了彈丸在水中高速運動的程序,成功地模擬了彈丸在水中高速運動過程,研究了彈丸超音速入水過程中出現(xiàn)的空化現(xiàn)象。(4)基于以上對流固界面和氣液界面的處理方式,結(jié)合M-Schmidt空化模型,開發(fā)了一套求解彈丸超音速入水問題的二維程序(LGWM2D)。利用LGWM2D程序模擬了圓形彈丸和平頭彈丸超音速入水兩種工況,清楚直觀地展現(xiàn)了有關(guān)脫體激波、激波與水面相互作用、氣墊效應(yīng)及激波在水介質(zhì)中傳播、開口空泡形態(tài)和水面形態(tài)變化等一系列復(fù)雜物理現(xiàn)象。研究表明歐拉方法應(yīng)用于跨介質(zhì)研究,可以清晰地捕獲彈丸入水瞬間界面及波系發(fā)展規(guī)律,為進一步研究跨介質(zhì)問題打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ410
【圖文】：

12 1 13 2 23 1 14 4 41 2 23 3 3n nj jnj j jnj j ju u tL uu u u tL uu u u tL u 算例個小節(jié)對二維Euler方程的整個求解過程以及相應(yīng)的各階WENO梳理，據(jù)此，采用 Fortran 90 編制了三、五、七、九階程序，并之后彈丸入水程序的編制打下堅實的基礎(chǔ)。波管問題問題作為計算流體力學(xué)中的經(jīng)典問題，一直是研究者們備受關(guān)注題，該問題是指在管中左右兩端分布著壓力、密度、速度不同的個膈膜將左右兩種狀態(tài)氣體隔開，如下圖所示：

20（c）2 處局部放大圖 （d）3 處局部放大圖圖 2.2 激波管問題密度計算結(jié)果2.3.2 雙馬赫反射問題雙馬赫反射問題已經(jīng)逐漸成為計算流體力學(xué)中檢驗高精度格式優(yōu)劣性的經(jīng)典算例，它最初是由 Woodward 和 Colella 提出，物理過程為一個與x 軸正向夾角為 60 度，馬赫數(shù)為 10 的斜激波在 x 0,4 , y 0,1 的二維區(qū)域內(nèi)反射，其初始條件如下：

【參考文獻】

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本文編號：2716304