本文關(guān)鍵詞：高速射彈非定常運(yùn)動(dòng)多相流場(chǎng)與彈道特性研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：超空泡減阻技術(shù)是近年來(lái)備受關(guān)注的一種水下武器減阻技術(shù),采用該技術(shù)設(shè)計(jì)的高速超空泡射彈主要應(yīng)用于反魚(yú)雷和反水雷作戰(zhàn)系統(tǒng)。超空泡射彈在高速入水或水下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)穿越自由液面、空化、湍動(dòng)、尾拍等復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象,形成由氣、汽、液介質(zhì)共同組成的復(fù)雜多相流場(chǎng),并對(duì)射彈的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生重要影響,這些都是超空泡射彈研制過(guò)程中必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。因此,開(kāi)展高速射彈多相流場(chǎng)特性與彈道特性研究,具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)高速射彈在水平運(yùn)動(dòng)和傾斜入水過(guò)程中的多相流場(chǎng)和彈道特性開(kāi)展了深入地研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:基于均質(zhì)平衡流理論,建立了計(jì)算高速射彈水平運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算方法。結(jié)合SST湍流模型和空化質(zhì)量輸運(yùn)方程,通過(guò)求解汽液兩相混合物的雷諾平均應(yīng)力N-S方程(RANS),建立了高速射彈水平運(yùn)動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法,并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的有效性。利用該方法開(kāi)展了不同攻角和有無(wú)尾翼?xiàng)l件下高速射彈水平運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究,獲得了攻角和尾翼對(duì)空泡形態(tài)和射彈流體動(dòng)力特性的影響規(guī)律。在高速射彈水平運(yùn)動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)CEL(CFX Expression Language)語(yǔ)言對(duì)CFX軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),將射彈的剛體運(yùn)動(dòng)方程引入到求解軟件中,并結(jié)合基于位移擴(kuò)散模型的網(wǎng)格變形方法,實(shí)現(xiàn)了射彈運(yùn)動(dòng)和流場(chǎng)特性的耦合求解,建立了高速射彈水平運(yùn)動(dòng)和尾拍運(yùn)動(dòng)耦合求解的數(shù)值計(jì)算方法。利用該方法開(kāi)展了不同質(zhì)心位置和初始擾動(dòng)角速度條件下高速射彈水平運(yùn)動(dòng)和尾拍運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究,給出了質(zhì)心位置和初始擾動(dòng)角速度對(duì)非定常多相流場(chǎng)與尾拍運(yùn)動(dòng)特性的影響規(guī)律。采用輕氣炮水平發(fā)射射彈的實(shí)驗(yàn)方法,開(kāi)展了高速射彈水平運(yùn)動(dòng)的自由飛行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)高速攝像測(cè)量獲得了射彈水平運(yùn)動(dòng)以及發(fā)生尾拍運(yùn)動(dòng)時(shí)的圖像數(shù)據(jù),并通過(guò)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理獲得了速度、運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù),分析了高速射彈水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空泡形態(tài)演化、尾部閉合和脫落等多相流場(chǎng)特性,以及射彈的水中彈道特性和尾拍運(yùn)動(dòng)特性,給出了不同初始空化數(shù)下的彈道規(guī)律,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正了獨(dú)立膨脹原理中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù),應(yīng)用修正后的獨(dú)立膨脹原理研究了不同深度下空泡幾何形態(tài)變化特征。采用輕氣炮傾斜發(fā)射射彈的實(shí)驗(yàn)方法,開(kāi)展了高速射彈傾斜入水運(yùn)動(dòng)的自由飛行實(shí)驗(yàn)研究。分析了高速射彈傾斜入水過(guò)程中初始撞擊、空化初生、空泡閉合等不同階段的空泡形態(tài)演化、尾部渦旋脫落等多相流場(chǎng)特性,給出了不同頭型和初始入水速度條件下的彈道變化規(guī)律,揭示了射彈彈道特性與多相流場(chǎng)變化的相互作用機(jī)理。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O359

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1336580