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航行体水下及出水过程的流体特性研究

申丽辉  
【摘要】:航行体水下及出水运动过程是航行体水下发射的主要环节,直接关系着发射实验的成败。航行体水下发射一般先由高压燃气将其弹射出筒,航行体经历水中段和出水段,最后进入空中进行点火。由于缺乏动力控制,航行体在点火之前的运动完全取决于其周围的流场环境。在此过程中,航行体会受到复杂变化的物理环境的影响,并在局部受到强烈的水动力冲击。这些外部因素会导致航行体出水后姿态的变化,甚至引起航行体结构和仪器的破坏。 航行体水下及出水运动流场属于非定常且高度非线性的湍流问题,无法从数学上对其进行精确求解,只能通过实验或数值方法对其进行研究。本文基于FLUENT软件使用了多相流模型、动网格技术和UDF技术,对航行体水下及出水运动过程进行轴对称和三维数值计算,分析了航行体水下及出水运动过程中周围流场的演变规律和航行体力学特性的响应机制,并且研究了不同筒口压差、不同艇速对上述变化规律的影响。 研究结果表明:航行体尾部出筒后,尾部气泡的发展一般首先会发生一次强烈的膨胀、过膨胀、压缩和过压缩,然后经历筒口断裂、二次断裂、回射流;航行体的轴向合力与气泡压强的脉动过程有重要的联系,但局部压力脉冲对航行体整体运动的影响较小;不同的筒口压差下,尾部气泡的演变过程基本相同,只是在量值上有所差别;不同的筒口压差对航行体局部冲击有较大影响,但对整体运动和受力的影响没有产生本质的区别。艇速对航行体运动过程的影响主要体现在以下方面,首先艇速导致尾部气泡的不对称性,进而在尾部产生一个很大偏转力矩,其次横向来流的冲击也会对航行体产生偏转力矩。艇速对航行体轴向受力特性影响不大,对横向合力和偏转力矩有很大影响。


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