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超空泡小比例射弹数值模拟及试验

郭建明  
【摘要】:超空泡是一种新型的、能够使航行体实现高速航行技术。超空泡减阻技术凭借其优异的减阻特性,能够减小水下航行体的90%以上的阻力,实现了水下航行体减阻技术的革命性的突破。自然超空泡水下射弹在航行中,周围流场会对空泡形态产生强烈的影响。超空泡流动是一种十分复杂的流动,包含了非定常、相变、湍动、可压缩等现象。 本文采用Fluent软件对自然超空泡射弹的空泡特性和减阻特性进行了数值模拟,设计了一套水下高速射弹系统,并进行了水下高速射弹试验。通过数值模拟和射弹试验相结合的方法,对高速射弹产生的空泡形态特性和流体动力学问题进行了研究,具体内容如下: 第一部分:了解目前国内外在水下高速射弹超空泡流的数值模拟的情况,总结水下射弹在数值模拟方面被广泛采用的湍流模型以及被广泛应用的控制方程的求解方法。说明了湍流模型壁面函数,对本文中使用的数值模拟方法及计算采用的边界条件作了说明。阐述了目前的超空泡流动控制方程组,比较了不同的湍流模型的特征和适用范围,着重分析了目前应用比较广泛地几种典型的模拟方法,比较其优缺点,并针对本试验模型利用几种典型的湍流模型进行了数值模拟,比较在同一试验模型、相同空化数模拟下得到试验结果,选取了最适合本文的数值模拟方法。 第二部分:利用数值模拟的方法,对基于自然空泡的水下高速射弹多相流动力特性进行了研究。进行了水下高速射弹自然超空泡形态和阻力特性的研究,通过模拟结果,分析了不同直径空化器、不同雷诺数下的空泡形态特性和减阻特性,并通过与已知经验公式、射弹试验数据进行对比,得到了空化器直径、空化数与射弹空泡形态的影响规律,为水下高速射弹自然超空泡提供了理论依据和技术支撑。 第三部分:根据国外某型超空泡鱼雷,建立了小比例的射弹模型,并对该模型进行了数值模拟和水下射弹试验。分析了不同直径空化器、不同空化数下的空泡形态特性和减阻特性,并通过与已知经验公式、射弹模拟数据进行对比,得到了空化器直径、空化数与射弹空泡形态的影响规律。


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