基于N-S方程的有限體積法,引入VOF多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型分別建立了兩連發(fā)射彈入水、出水運動的計算模型,并進行了數(shù)值計算。分別獲得了兩連發(fā)射彈入水和出水過程的超空泡演化規(guī)律和超空泡壓力場變化。并結(jié)合超空泡演化規(guī)律,分析了超空泡演化過程對兩連發(fā)射彈入水速度衰減、浸徹位移變化的影響,分析了超空泡演化過程對射彈出水速度、阻力系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:對于兩連發(fā)射彈入水,后發(fā)射彈入水撞擊階段受到的沖擊載荷比前發(fā)射彈的小,前、后發(fā)射彈各自誘導(dǎo)的空泡相互融合成1個空泡,后發(fā)射彈最終完全被超空泡包裹,后發(fā)射彈能夠追上前發(fā)射彈并發(fā)生碰撞,碰撞后在空泡壁面上出現(xiàn)了一個波動現(xiàn)象,并且存在波動的空泡壁面易發(fā)生崩潰;對于兩連發(fā)射彈出水,前發(fā)射彈誘導(dǎo)的超空泡遇到自由液面后被剝離在水面下,而前發(fā)射彈甩掉水層后進入到空氣中飛行,在前發(fā)射彈剝離的超空泡的影響下,后發(fā)射彈會發(fā)生脫離自身超空泡、進入前發(fā)射彈超空泡、超空泡潰滅、生成新的局部超空泡等行為,這與單獨的超空泡射彈出水有很大的區(qū)別。 

【文章來源】：空氣動力學(xué)學(xué)報. 2020,38(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

射彈的物理模型

圖1 射彈的物理模型對于上述計算模型壓力與速度之間的耦合求解采用PISO算法，壓力場的空間離散采用PRESTO！格式，各項體積率離散采用CICSAM格式，密度和動量采用二階迎風(fēng)離散格式，空間離散采用二階迎風(fēng)格式，時間離散采用一階隱格式。

關(guān)于連發(fā)射彈高速入水或出水的研究缺乏相關(guān)的文獻報道，并且實驗難度很大，所以采用上文所述的計算方法和邊界條件分別對文獻[11]中的單發(fā)平頭圓柱體入水實驗和文獻[33]中的工況10的單發(fā)射彈出水實驗進行了數(shù)值模擬。數(shù)值計算中入水運動參數(shù)設(shè)置與實驗一致，該平頭圓柱體直徑為12.65 mm，長25.4mm，質(zhì)量為22.52g，入水初速度為142.7m/s。將數(shù)值模擬得到的速度和入水浸徹位移隨時間的變化分別與實驗結(jié)果進行對比，結(jié)果如圖4和圖5所示，從圖中可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有較高的一致性。圖6比較了數(shù)值模擬和實驗在t=3ms時獲得的入水空泡形狀，兩者的空泡形狀基本一致。對文獻[33]中射彈出水實驗的工況10進行了數(shù)值計算，實驗采用的射彈頭形為圓臺形，頭部直徑為3mm，長度為48 mm，質(zhì)量為2.983g，水深為480mm，出水初速度為83.28 m/s。圖7給出了實驗和數(shù)值模擬關(guān)于射彈出水時空泡的演化過程，圖中每相鄰兩張圖片的時間間隔Δt=0.25ms，從圖中可以看出數(shù)值模擬結(jié)果和實驗結(jié)果對應(yīng)良好。已證明該數(shù)值方法計算出的空泡輪廓與Logvinovich的理論計算結(jié)果一致[16-17]。驗證有效地證實了數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。圖4 射彈入水速度衰減的數(shù)值模擬和實驗結(jié)果[11]對比

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]水下垂直發(fā)射的航行體在出水過程中超空泡的形成、潰滅及其與自由面相互作用的水動力學(xué)機理研究[D]. 胡俊輝.浙江理工大學(xué) 2014



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