超高速航行體入水與水下彈道研究

《超高速航行體入水與水下彈道研究》是依託南京理工大學，由易文俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超高速航行體入水與水下彈道研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：易文俊
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

超高速航行體的入水與水下彈道研究，涉及空氣、水和航行體三者之間的相互作用和不定常的運動問題，既是一個具有自由液面和特殊空泡的不定常流體力學問題，又是一個可能引起結構破壞的高速撞擊問題。本項目以運動速度高達1000m/s(或更高速度)航行體為研究對象,重點開展入水的撞水過程動力學回響、入水跳飛角、撞水水動力載荷形成機理及計算、入水過程中高速航行體動能、位能、熱能間轉換規律、航行體動力學參量（質量、轉動慣量、質心位置）、幾何參量（外形大小）、入水條件（入水速度、入水角等）對入水空泡特性影響以及水下超空泡運動的彈道軌跡與彈道穩定性等研究工作，建立超高速航行體入水過程的撞水水動力載荷計算模型，確定入水過程超空泡形成、閉合穩定條件，分析高速航行體水下超空泡運動特性，為進一步深入研究超高速航行體入水與水下運動過程所需的超空泡環境提供理論與技術基礎。

結題摘要

以高速航行體為研究對象，開展高速航行體入水與水下彈道規律研究，初步建立了高速航行體入水與水下彈道運動理論。主要工作成果與創新點有：（1）針對超空泡航行體高速入水問題，考慮空化效應，採用VOF多相流模型、Schnerr-Sauer 空化模型、SST k-ω湍流模型，結合動格線技術，分析了航行體彈體參數（質量、轉動慣量、質心位置、外形）和發射參數（入水速度、入水角等）對超空泡航行體高速入水空泡流場的影響，得到不同工況下超空泡航行體高速入水彈道特性、空化特性及流場動力特性。（2）建立了高速超空泡航行體的動力學模型，計算分析其水動力特性及彈道特性；通過高速超空泡航行體的入水與水下航行試驗，驗證了彈道計算模型與數值方法可行性。（3）針對航行體尾翼與空泡之間碰撞產生複雜非線性滑行力的問題，構建超空泡航行體動力學模型，探討系統隨參數變化所產生的混沌和分岔等非線性物理學現象，確定水下超空泡航行體運動穩定性的條件，分析了超空泡航行體的非線性動力學特性及運動穩定性。（4）建立了高速超空泡航行體的尾拍運動模型和隨機分析模型，提出了基於空泡特性的拋物線近似模型，推導了兩次尾拍時間間隔計算公式。計算分析了超空泡航行體的尾拍運動特性，分析了航行體初始尾拍角速度、航行體質心位置對航行體尾拍運動的影響，初步揭示了超空泡航行體尾拍運動的本質。（5）完成了尾翼彈結構外形超空泡航行體的入水與水下航行炮射試驗，獲取了航行體的超空泡形態，測量了超空泡航行體的運動速度降，分析超空泡航行體的阻力特性及超空泡減阻效率等；分析尾翼彈結構外形航行體的入水特性、超空泡形態、水下阻力特性、運動規律，檢驗了數值計算的正確性。 由於水中高速航行體在今後艦炮作戰任務中有極強的需求背景，本項目開展的有關高速超空泡航行體（無動力）的入水與水下彈道研究，可為水中彈藥的研究提供理論基礎，有十分重要的意義。也可為未來發展的直升機掃雷武器和艦載水下防禦武器提供超空泡彈藥的技術儲備。