基于均質(zhì)平衡多相流理論,建立了水下高速射彈超空泡形成過(guò)程的數(shù)理模型,對(duì)12.7 mm口徑射彈進(jìn)行了水下射擊試驗(yàn),驗(yàn)證了模型的合理性。對(duì)不同速度的76 mm射彈進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:在彈丸表面,沿軸線(xiàn)各點(diǎn)依次產(chǎn)生空化現(xiàn)象,但在彈丸頭部區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)水蒸氣含量呈線(xiàn)性增加;在彈丸圓柱部區(qū)域,各點(diǎn)水蒸氣含量先快速上升至0.3～0.4,隨后維持平臺(tái)期,再快速上升。射彈速度越快,平臺(tái)期越短,超空泡形成得越快,超空泡形成時(shí)間滿(mǎn)足指數(shù)型變化規(guī)律。在彈丸頭部,空泡發(fā)展速率由快速的線(xiàn)性衰減階段過(guò)渡到近似呈緩慢線(xiàn)性衰減的階段。射彈速度越快,空泡發(fā)展速率越高,第一階段中衰減得越快,衰減幅度也越大,而第二階段中的衰減速度幾乎不變。在彈丸圓柱部,空泡發(fā)展速率的變化分為快速衰減階段與緩慢衰減階段。射彈速度越快,空泡發(fā)展速率越高,第二階段中衰減得也越快。彈丸表面摩擦阻力系數(shù)變化特性與彈丸圓柱部空化特性相對(duì)應(yīng)。彈丸速度越快,阻力系數(shù)衰減越快,達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的值也越小;當(dāng)速度高于1 100 m/s后,阻力系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間幾乎不變,達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的數(shù)值變化也不大。 

【文章來(lái)源】：彈道學(xué)報(bào). 2020,32(01)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

邊界條件及網(wǎng)格劃分

圖6顯示了v=800 m/s時(shí)彈丸表面不同位置的混合物中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)φv隨時(shí)間的變化規(guī)律,其中,x表示距彈頭部頂點(diǎn)的軸向距離。x<238 mm屬于彈頭部區(qū)域,x>238 mm屬于彈丸圓柱部區(qū)域,x=238 mm為彈頭部區(qū)域和彈丸圓柱部區(qū)域的分界點(diǎn)。由圖4可見(jiàn),空化現(xiàn)象在彈丸頭部區(qū)域和彈丸圓柱部區(qū)域的發(fā)展過(guò)程有所不同。在彈頭部區(qū)域,彈丸表面各點(diǎn)依次產(chǎn)生空化現(xiàn)象,其水蒸氣含量近似呈線(xiàn)性上升,當(dāng)φv≥0.5時(shí)[5],可認(rèn)為形成空泡,隨后水蒸氣含量繼續(xù)升高,直至0.9以上�？栈F(xiàn)象的發(fā)展在彈丸圓柱部區(qū)域可分為3個(gè)階段:第一階段,彈丸圓柱部表面各點(diǎn)依次產(chǎn)生空化現(xiàn)象,各點(diǎn)處產(chǎn)生水蒸氣后的水蒸氣體積分?jǐn)?shù)φv迅速提高至0.4左右,并且越靠近彈丸尾部的點(diǎn)水蒸氣含量越高。這是因?yàn)閺椡鑸A柱部表面各點(diǎn)處的水蒸氣由兩部分組成:一部分是由空化產(chǎn)生并在原地積聚的水蒸氣,另一部分是由上游各處產(chǎn)生并順流而下的水蒸氣。因此,越靠近彈丸尾部的位置混合物中水蒸氣含量越高。

搭建水下槍發(fā)射系統(tǒng),試驗(yàn)總體裝置由水箱、射擊平臺(tái)、脈沖點(diǎn)火源和高速錄像系統(tǒng)四部分組成。試驗(yàn)射彈模型結(jié)構(gòu):圓盤(pán)空化器直徑Dn=6.6 mm,彈丸頭部長(zhǎng)Ln=11.2 mm,彈丸圓柱部長(zhǎng)Lc=42.8 mm,彈丸全長(zhǎng)Lb=54 mm,彈丸最大截面直徑Dm=12.7 mm。水下射擊試驗(yàn)采用密封式發(fā)射,試驗(yàn)時(shí),利用脈沖點(diǎn)火電源點(diǎn)燃燃燒室內(nèi)火藥,采用FASTCAM-Ultima APX高速數(shù)碼相機(jī)記錄彈丸表面超空泡形態(tài),其最大分辨率為1 024×512,頻率為4 000 s-1。通過(guò)高速錄像圖片得到的射彈初速為383.5 m/s。利用上述數(shù)學(xué)模型,以相同的射彈結(jié)構(gòu)以及試驗(yàn)工況,對(duì)射彈表面超空泡形態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬。圖1為1.75 ms時(shí)刻試驗(yàn)與計(jì)算得到的彈丸表面超空泡形態(tài),其中實(shí)線(xiàn)為數(shù)值模擬結(jié)果,虛線(xiàn)為試驗(yàn)結(jié)果。由圖可知,數(shù)值模擬與試驗(yàn)得到的彈丸表面超空泡形態(tài)基本相同。以彈丸頂部中點(diǎn)為原點(diǎn),軸向?yàn)閤軸方向,徑向?yàn)閥軸方向,t=1.75 ms時(shí)彈丸表面超空泡輪廓圖,如圖2所示。由圖可知,數(shù)值模擬與試驗(yàn)得到的彈丸表面超空泡輪廓幾乎重合,平均誤差僅為1.1%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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