水下高速航行體發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及超空泡流場(chǎng)特性研究.pdf

1、高速物體出入水現(xiàn)象被公認(rèn)為是一個(gè)經(jīng)典的流體沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。該現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中比較常見(jiàn),一直以來(lái),相關(guān)的研究成果在工業(yè)、自然科學(xué)以及國(guó)防技術(shù)等領(lǐng)域里有著廣泛而又重要的應(yīng)用。但是由于伴隨高速物體出入水過(guò)程所產(chǎn)生的超空泡問(wèn)題涉及到液面和空泡界面這兩個(gè)非線性自由邊界,具有較強(qiáng)的非線性和瞬變特性,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)研究方法和數(shù)值模擬技術(shù)都不能很好的對(duì)相關(guān)物理過(guò)程作出準(zhǔn)確的測(cè)量和預(yù)報(bào)。
　　 本文以實(shí)驗(yàn)研究為主要研究手段,對(duì)高速航行體的出入水過(guò)程開

2、展了一系列的研究。主要工作和研究結(jié)果包括:(1)通過(guò)自行設(shè)計(jì)和研制一套安全可靠、操作方便、效果明顯的水下高速航行體發(fā)射試驗(yàn)研究系統(tǒng),結(jié)合運(yùn)用高速攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速航行體出入水過(guò)程的流場(chǎng)可視化研究;(2)高速航行體入水過(guò)程中的“尾拍”效應(yīng)主要表現(xiàn)為航行體尾部與空泡壁面的來(lái)回振蕩碰觸作用,這種振蕩最直接的影響體現(xiàn)在航行體后端“三維振蕩型螺旋狀軌跡尾流”的產(chǎn)生和發(fā)展;(3)超空泡的尾部流場(chǎng)會(huì)旱現(xiàn)出較強(qiáng)的湍流特性,由氣泡組成的尾渦會(huì)發(fā)生周期性

3、地脫落,一系列的渦會(huì)交替地從物體兩邊脫落,航行體上空泡的非對(duì)稱性脫落會(huì)使周圍的流場(chǎng)受到擾動(dòng),引起壓力分布脈動(dòng),導(dǎo)致航行體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生顯著變化;(4)高速航行體出入水過(guò)程會(huì)破壞自由液面的穩(wěn)定性,最直接的體現(xiàn)就是自由液面上入水“噴濺”和出水“噴濺”的形成、發(fā)展和回落,航行體的幾何特征、發(fā)射速度、發(fā)射攻角都是影響出航行體入水過(guò)程液面穩(wěn)定性的重要因素;(5)航行體在水中的速度總體變化呈現(xiàn)出較強(qiáng)的衰減特性,航行體在超空泡狀態(tài)運(yùn)行下其運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)會(huì)

4、減小,其速度衰減趨勢(shì)會(huì)變緩,超空泡的減阻效應(yīng)得到了驗(yàn)證;(6)出水過(guò)程中,在航行體上會(huì)發(fā)生自上而下的空泡潰滅,空泡潰滅的程度對(duì)航行體出水過(guò)程的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性會(huì)造成較大影響;(7)航行體在出水瞬時(shí)會(huì)發(fā)生一個(gè)短暫的加速過(guò)程,但隨后的趨勢(shì)依然是減速,當(dāng)航行體完全出水后,在自由液面附近會(huì)形成一個(gè)有向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的氣液混合攪拌流場(chǎng)。
　　 本論文深入研究了伴隨超空泡產(chǎn)生的高速航行體出入水過(guò)程,為相關(guān)問(wèn)題的后續(xù)深入研究提供了大量詳實(shí)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)