超空泡射弹结构参数设计与数值模拟研究

论文摘要

超空泡射弹是20世纪末出现的一种新型水下防御型武器,在功能上与脱壳穿甲弹相似,依靠弹道末端高的动能存量打击目标,与常规的射弹类武器不同的是,水下超空泡射弹的工作介质是水。超空泡射弹的主要特点是运用了自然超空泡减阻技术,使得超空泡射弹在水下能够保持高速、稳定航行。自然超空泡减阻技术是指通过提高航行体的速度和合理的设计射弹外形结构来生成自然超空泡,从而大幅度的降低了航行体的阻力,其粘性阻力可以减小90%以上。本文主要是利用数值模拟的方法对超空泡射弹主要结构参数进行仿真研究,分析射弹主要外形结构布局对射弹超空泡形态和阻力特性的影响,为超空泡射弹的结构设计提供了两相流体力学基础。具体研究内容如下:针对超空泡射弹的主要结构参数设计二维轴对称超空泡射弹简化模型和带尾翼的三维简化超空泡射弹模型,为本文后面的数值模拟提供几何模型。基于自然空化模型,对圆盘空化器进行了数值仿真,获得圆盘空化器空泡形态随空化数变化规律,并与经验公式进行对比,验证空化模型对自然超空泡射弹数值模拟的可信度和适用范围;利用二维轴对称模型,分别对不同超空泡射弹前弹身母线形状、前弹身长细比以及空化器直径的模型进行了数值仿真,分析射弹以上主要外形结构对空泡形态和阻力特性的影响;利用三维模型,对不带尾翼和带尾翼的超空泡射弹在不同空化数下进行数值仿真,分析射弹尾翼对空泡壁面的穿透现象以及尾翼穿透空泡壁面对整个超空泡的稳定性的影响和阻力的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 超空泡射弹国内外研究现状
• 1.2.1 试验研究现状
• 1.2.2 数值研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 超空泡射弹理论基础研究
• 2.1 引言
• 2.2 控制方程组
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 二方程（k-ε）湍流模型
• 2.3.2 壁函数
• 2.4 自然空化模型
• 2.4.1 Rayleigh-Plesset 方程
• 2.4.2 基于输运方程的经验模型
• 2.5 数值方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 超空泡射弹简化模型结构参数设计与数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 超空泡射弹结构设计
• 3.2.1 美国RAMICS 模型
• 3.2.2 简化模型结构设计
• 3.3 圆盘空化器空泡形态数值模拟研究
• 3.3.1 几何建模及网格划分
• 3.3.2 变空化数条件下空泡形态研究
• 3.3.3 与经验公式的比较
• 3.4 不同前弹身母线形状模型数值模拟
• 3.4.1 几何建模和网格划分
• 3.4.2 空泡形态数值模拟
• 3.4.3 阻力特性分析
• 3.5 不同头部长细比模型数值模拟
• 3.5.1 几何建模和网格划分
• 3.5.2 空泡形态数值模拟
• 3.5.3 阻力特性分析
• 3.6 不同空化器直径模型数值模拟
• 3.6.1 几何建模和网格划分
• 3.6.2 空泡形态数值模拟
• 3.6.3 阻力特性分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 超空泡射弹三维数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 无尾翼超空泡射弹空泡形态和阻力特性三维数值模拟
• 4.2.1 几何建模和网格化分
• 4.2.2 空泡形态数值模拟
• 4.2.3 阻力特性分析
• 4.3 带尾翼超空泡射弹空泡形态和阻力系数三维数值模拟
• 4.3.1 几何建模和网格化分
• 4.3.2 空泡形态数值模拟
• 4.3.3 尾翼对阻力的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历