水下聲彈作為由潛艇發(fā)射的水下武器,當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)區(qū)域后爆炸產(chǎn)生聲效能而發(fā)揮作戰(zhàn)功效。已知的研究表明,爆炸威力決定著爆炸產(chǎn)生的聲效能。因此水下運(yùn)動(dòng)特性和爆炸威力是研究水下聲彈的重點(diǎn)。本論文采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法對聲彈水中運(yùn)動(dòng)特性和爆炸威力特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)論可為水下聲彈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)特性提升、爆炸聲信號(hào)研究以及柱形子彈水下爆炸威力場分布等相關(guān)理論提供補(bǔ)充和技術(shù)支持。首先,建立水下聲彈水中運(yùn)動(dòng)流場模型,利用基于S-A的DES模型對雷諾數(shù)Re=106的聲彈水中運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析,獲得了運(yùn)動(dòng)所受的平均阻力系數(shù)、升力系數(shù)和斯特勞哈爾數(shù),并與已有的同雷諾數(shù)下子彈水中運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。得到并研究了卡門渦街現(xiàn)象以及分析了聲彈周圍時(shí)均流場特性。最后分析了聲彈在更高雷諾數(shù)情況下運(yùn)動(dòng)所受的平均阻力系數(shù)和斯特勞哈爾數(shù),以及水下聲彈表面截面形狀對平均阻力系數(shù)和斯特勞哈爾數(shù)以及渦街的影響。對彈藥水下爆炸威力特性進(jìn)行了研究。建立了爆炸沖擊波傳播模型,得到了水下爆炸沖擊波傳播規(guī)律。建立了單裝藥和雙裝藥水下爆炸模型,對比分析了單裝藥和雙裝藥的傳播特性,得到了能量對沖擊波持續(xù)時(shí)間的影響;研究了雙裝藥在不同延時(shí)起爆時(shí)間下的爆炸特性。建立了有限元模型,對氣泡脈動(dòng)物理過程進(jìn)行了研究,確定了 AUTODYN在模擬氣泡脈動(dòng)過程的準(zhǔn)確性,在此基礎(chǔ)上分析了爆炸深度對氣泡脈動(dòng)周期和氣泡脈動(dòng)最大半徑的影響。設(shè)計(jì)并進(jìn)行了水下單個(gè)炸藥爆炸和連續(xù)爆炸試驗(yàn),將爆炸沖擊波轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)進(jìn)行研究。對聲信號(hào)進(jìn)行了分析,得到了單個(gè)炸藥爆炸聲壓級和連續(xù)爆炸聲壓級。利用小波變化研究了聲信號(hào)能量分布。研究了一定頻率范圍內(nèi)聲信號(hào)散射強(qiáng)度與頻率的關(guān)系。利用Welch方法得到了水下爆炸沖擊波功率譜。在多子彈連續(xù)爆炸試驗(yàn)中,還研究了爆炸間隔時(shí)間對爆炸聲壓級凹點(diǎn)和功率譜的影響。在水下聲彈柱形子彈水下爆炸威力場研究中,通過分析幾種不同長徑比柱形子彈的水下爆炸威力場,并與等藥量球形裝藥爆炸威力場進(jìn)行對比分析,得出柱形子彈和等藥量球形裝藥遠(yuǎn)場沖擊波等效關(guān)系,賦予等效關(guān)系準(zhǔn)確的函數(shù),并對函數(shù)進(jìn)行擬合和推導(dǎo)。再結(jié)合P.Cole經(jīng)驗(yàn)公式得出柱形子彈爆炸威力場計(jì)算公式,并對推導(dǎo)公式進(jìn)行了試驗(yàn)論證,證明了公式的科學(xué)性。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TJ6
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的背景
    1.2 課題研究的意義
    1.3 水中兵器運(yùn)動(dòng)特性研究方法及進(jìn)展
        1.3.1 幾種湍流模型介紹
        1.3.2 圓柱繞流方面的進(jìn)展
    1.4 水下爆炸研究及發(fā)展
        1.4.1 水下爆炸研究方法的現(xiàn)狀及發(fā)展
        1.4.2 水下爆炸沖擊波的研究及發(fā)展
        1.4.3 水下爆炸聲信號(hào)的研究及發(fā)展
        1.4.4 柱形裝藥水下爆炸研究及發(fā)展
    1.5 本論文主要的工作內(nèi)容
2 聲彈水中運(yùn)動(dòng)特性分析
    2.1 水下聲彈設(shè)計(jì)方案
    2.2 仿真模型及設(shè)置
        2.2.1 基于S-A湍流模型DES方程
        2.2.2 仿真模型及設(shè)置
        2.2.3 網(wǎng)格劃分
    2.3 仿真可靠性驗(yàn)證
    2.4 聲彈運(yùn)動(dòng)特性分析
        2.4.1 聲彈周圍的時(shí)均流場特性分析
        2.4.2 卡門渦街現(xiàn)象及數(shù)值討論
    2.5 聲彈速度對運(yùn)動(dòng)特性的影響
d和S_tr數(shù)的影響'>        2.5.1 不同運(yùn)動(dòng)速度對平均阻力系數(shù)C_d和S_tr數(shù)的影響
        2.5.2 不同運(yùn)動(dòng)速度對渦街的影響
    2.6 聲彈截面邊數(shù)對運(yùn)動(dòng)特性的影響
e下對C_d和S_tr的影響'>        2.6.1 截面邊數(shù)在相同R_e下對C_d和S_tr的影響
e下對渦街的影響'>        2.6.2 聲彈的截面形狀在相同R_e下對渦街的影響
    2.7 本章小結(jié)
3 水下爆炸特性研究
    3.1 水下爆炸沖擊波的研究
    3.2 爆炸沖擊波水下傳播規(guī)律
        3.2.1 球面?zhèn)鞑?br>        3.2.2 柱面?zhèn)鞑?br>        3.2.3 平面擴(kuò)展
        3.2.4 超球面擴(kuò)展
    3.3 單個(gè)裝藥和雙裝藥水下爆炸沖擊波特性對比分析
        3.3.1 數(shù)值模擬模型及材料參數(shù)
        3.3.2 單、雙裝藥沖擊波傳播特性分析
        3.3.3 能量對沖擊波持續(xù)時(shí)間的影響
        3.3.4 延時(shí)起爆對沖擊波的影響
    3.4 水下爆炸氣泡脈動(dòng)物理過程的研究
        3.4.1 有限元模型建立
        3.4.2 水的多項(xiàng)式方程
        3.4.3 炸藥JWL方程
        3.4.4 水的靜水內(nèi)能
        3.4.5 數(shù)值模擬氣泡脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)
    3.5 爆炸深度對氣泡脈動(dòng)的影響
        3.5.1 爆炸深度與水密度的關(guān)系
        3.5.2 仿真模型
        3.5.3 爆炸深度對氣泡脈動(dòng)的影響
    3.6 本章小結(jié)
4 水下爆炸聲信號(hào)研究
    4.1 單個(gè)裝藥水下爆炸試驗(yàn)
        4.1.1 單個(gè)炸藥水下爆炸試驗(yàn)方案
        4.1.2 單個(gè)炸藥水下爆炸聲壓級
        4.1.3 單個(gè)炸藥水下爆炸頻率特性分析
        4.1.4 單個(gè)炸藥水下爆炸功率譜分析
    4.2 水下連續(xù)爆炸試驗(yàn)
        4.2.1 水下連續(xù)爆炸試驗(yàn)方案
        4.2.2 水下連續(xù)爆炸沖擊波信號(hào)分析
        4.2.3 水下連續(xù)爆炸功率譜分析
    4.3 本章小結(jié)
5 柱形裝藥水下爆炸威力分析
    5.1 不同長徑比柱形裝藥和球形裝藥遠(yuǎn)場等效關(guān)系研究
        5.1.1 計(jì)算模型
        5.1.2 炸藥和水的狀態(tài)方程及參數(shù)
        5.1.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析
    5.2 柱形裝藥遠(yuǎn)場沖擊波威力場分布
    5.3 試驗(yàn)驗(yàn)證
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2873332