用Mackey方法计算鱼雷带空泡航行时的入水弹道

在英国学者Ｍａｃｋｅｙ文献「１的研究基础上，根据实际空泡 的外形，和理新拟合了空泡椭球模型中的经验常数，分析了由雷体与空泡壁的相互作用引起的鱼雷流体动力变化特性，计算预报的入水弹道与模型试验结果吻合得较好。     

鱼雷入水段弹道研究

鱼雷初始弹道是鱼雷全弹道中最复杂、难度最大的弹道段之一，而入水弹道则是典型的初始弹道段。初始弹道理论研究的主要手段是仿真，本文结合入水空化实验、建立了局部空化流场的数值计算模型、空化流体动力计算模型和空泡段弹道数学模型。在此基础上。利用鱼雷空泡段弹道仿真软件，对复杂入水条件下的鱼雷空泡段弹道进行了仿真。     

不同头型射弹低速倾斜入水空泡及弹道特性试验研究

为研究射弹头型对低速倾斜入水空泡及弹道特性的影响,基于高速摄像方法,开展不同头型射弹低速倾斜入水对比试验,得到了射弹头型对入水空泡、运动速度、俯仰角和阻力系数的影响规律。试验结果表明：同一入水时刻,空泡直径随着头部锥角增加而增大,半球头型射弹入水空泡直径小于锥角头型射弹;锥角头型射弹速度衰减速率随着锥角增加而增大,半球头型射弹速度衰减率小于锥角头型射弹;入水过程中半球头型射弹俯仰角变化最为剧烈,弹道稳定性也较差;不同头型射弹在入水过程中运动参数呈现出较强的非线性特性。     

弹体高速入水弯曲弹道实验研究

通过模型高速入水实验,利用高速摄像机拍摄了弹体入水过程和空泡形态演变过程,得到了4种头部外形模型的弹道曲线,并分析了头型、入水角、入水速度对水下弹道的影响。研究结果表明：椭圆斜截头弹体由于其特殊的头部更容易产生偏向水面的弯曲弹道,而其他3种弹体在一定速度内弹道比较稳定,基本趋于直线,虽然在有些工况下弹道发生了偏转,这是由于弹体加工过程中结构误差等造成的弹道不稳定性;入水角对弹道影响比较显著,小的入水角条件下弹体迅速向水面偏转,而入水角增大到一定程度时弹道向缸体底部偏转。所得结论可为高速入水武器的研究提供参考。     

基于数值仿真的球体垂直入水空泡演化过程研究

为研究球体垂直入水空泡的演化过程,基于N-S方程、VOF多相流模型及动网格技术,对球体的垂直入水过程开展了数值仿真模拟并进行分析。球体入水初期受到较强的冲击载荷并产生喷溅,球体入水后会产生和大气相连的入水空泡,空泡形成之后,依次经历发展、闭合以及溃灭等演化阶段,空泡受到的周围流体压力是空泡发生深度闭合的主要原因,空泡在闭合后会产生上下两股高速射流。结果表明：数值计算得到的球体垂直入水空泡形态和试验结果吻合良好,验证了仿真的准确性。     

小型运动体高速倾斜入水空泡流动数值研究

为研究小型运动体高速倾斜入水时的空泡流动特性,采用求解雷诺时均Navier-Stokes方程的方法开展数值模拟。应用实验结果验证了数值方法的正确性。基于该方法对入水过程流体动力特性、流场结构特性与空泡发展进行分析,并研究了入水角度对入水流场的影响。研究结果表明：运动体在入水撞击阶段受到较大的阻力、升力和力矩,同时承受着极强的载荷;随着入水的深入,头部半球形高压区逐渐向头部中点移动,且空泡壁面的速度方向由指向水中向指向空泡内过渡;入水角度越小,撞击阶段阻力系数与砰击压力越小,入水后越容易发生弹道偏移,同时拉脱现象发生得越晚,入水空泡的最大尺寸越大。     

预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性研究

为了研究预置舵角下超空泡航行体倾斜入水弹道特性,开展了入水角为20°时的试验研究。超空泡航行体由空气炮加速获得入水初速度,采用高速摄像机记录入水空泡流型,同时由内测系统记录航行体的运动参数和尾部压力变化。对预置舵角为0°和20°时的试验结果进行对比分析,给出了预置舵角下航行体倾斜入水弹道特性,并进一步研究了不同预置舵角对弹道的影响。试验结果表明：预置舵角为0°时航行体以超空泡状态沿直线运动;预置舵角为20°时出现显著的尾拍现象,轴向力和法向力增大,弹道特征体现为偏向水面弯曲,航行体最终以双空泡状态航行,弹道偏转趋势提升;增大预置舵角有助于增强航行体的弹道偏转能力。     

回转体低速串联入水空泡及运动特性试验研究

为研究回转体串联入水过程中的空泡演化及运动特性,基于高速摄像及时序释放系统,开展了不同入水初始间距的回转体低速串联入水试验。利用图像处理技术对采集图像序列中的回转体运动进行识别提取,得到入水初始间距对回转体的入水空泡、纵向位移及偏转角的影响规律。试验结果表明：较小入水初始间距的回转体串联入水过程中,两运动体的空泡结构及尺寸均受到影响;随着入水初始间距增大,回转体串联入水过程中依次出现碰撞扰动、封闭空腔扰动、过渡扰动与弱扰动4种运动模式,在不同的运动模式中,两运动体的空泡及运动特性存在较大差异,其中碰撞扰动模式对回转体的运动特性影响最大。     

考虑空泡的空投航行器入水弹道研究

在分析有关资料的基础上,对某型航行器的入水弹道进行了详细计算。在考虑入水空泡的基础上,建立了入水过程的运动学和动力学模型,在Matlab环境下进行了仿真计算,求解了航行器带空泡航行阶段的流体动力,给出了2种外形航行器在2种典型工况下的入水深度、姿态和速度随时间的变化。结果表明,展开翼对航行器的空泡段时间影响不大,对入水弹道有非常明显的影响。     

运动体小扰动下入水空泡试验研究

针对运动体入水空泡问题,采用模型试验方法,在试验水箱中开展约束和不约束运动体姿态的入水试验。研究了有无扰动下的入水局部空泡与入水超空泡生成、发展下的空泡流动特性。分析了有无扰动下的空泡尺寸与弗劳德数和欧拉数之间的关系,给出了有无扰动下的入水空泡长度的变化规律,探讨了试验获得的各种空泡流动的机理。结果表明:无扰动下入水空泡长度在深水闭合之后有微小增加,有扰动下空泡迎流面的长度比无扰动长度要短,背流面的长度比无扰动长度要长;无扰动时空泡尾部流动对称,有扰动时空泡尾部在背流面出现分裂的2条流动轨迹;对于没有发生深水闭合的空泡,入水扰动主要使得空泡直径增大。     

膜态沸腾阶段球体入水空泡及流体动力特性

基于高速摄像实验方法,对膜态沸腾阶段球体、球体为室温时的亲水性表面球体和超疏水性表面球体垂直入水过程进行拍摄,得到入水空泡演化图像,通过对图像进行处理得到球体入水深度变化曲线。基于计算流体力学方法,采用流体体积多相流模型、耦合蒸发-冷凝相变模型,对球体入水过程进行数值仿真,仿真结果与实验结果具有较好一致性。膜态沸腾阶段球体入水过程中空泡与流体动力特性的研究结果表明：膜态沸腾阶段球体入水可以产生与超疏水性表面球体类似的光滑空泡;超疏水性表面球体表面与空泡壁面的接触线位于球体中心略偏上位置,膜态沸腾阶段球体底部与水之间存在一层水蒸汽膜,空泡壁面与球体表面不发生接触,球体附近空泡直径相对较大;当入水较浅时亲水性表面球体阻力系数相对较大,当入水较深时超疏水性表面球体和膜态沸腾阶段球体阻力系数相对较大。     

小口径步枪弹头后效期运动特性试验与数值研究

开展弹头在膛口流场运动特性的研究,在准确理解膛口气流对弹头作用以及提高武器射击精度方面都具有重要意义。以某发5.8 mm口径步枪弹为例,提出了结合高速摄影与阴影照相法,对弹头在膛口流场运动特性进行了试验研究。以试验测试膛压数据为依据,运用耦合内弹道的计算流体力学方法研究弹头在膛口流场中的受力和运动规律。试验结果表明,采用所设计的试验方案可以捕捉到后效期清晰的流场变化和弹头运动。数值计算研究发现：弹头在膛口流场中的运动并非全程加速,冠状气团和火药核心射流的作用是弹头速度变化的主要原因;在轴向力转变时刻,弹头底部仍存在弹底激波。     

一种新型灵巧枪弹的气动特性研究

相对普通枪弹,灵巧枪弹具有小尺寸和高命中精度的特点,可显著增强单兵战斗力和生存能力。考虑器件尺寸和气动特性的技术要求,设计了一种新型增程灵巧枪弹的气动外形。该灵巧枪弹与普通枪弹在外形尺寸上有很大区别,气动特性及流场特征尚不明了,因此有必要对灵巧枪弹气动特性进行深入研究。采用数值仿真和风洞实验的方法研究了灵巧枪弹的气动特性,并分析了弹尾外形尺寸变化对灵巧枪弹气动特性的影响规律。研究结果表明：数值仿真结果和风洞实验结果基本一致,证明了数值仿真方法的可行性;随着灵巧枪弹收缩段长度的增加,阻力先减小、后增大,升力和俯仰力矩绝对值先基本保持不变、后增大;随着交界半径的增大,阻力、升力和俯仰力矩绝对值均减小;随着弹底半径的增大,阻力先增大、后减小,升力和俯仰力矩绝对值先减小、后增大。     

12.7mm弹丸侵彻炸药的数值计算与试验研究

采用拉格朗日有限元算法对弹丸侵彻JO-H炸药实验进行数值计算,得到弹丸侵彻装药的侵彻过程及反应度。为验证数值计算结果,进行API验证试验,参考美军标MIL-STD-2105C评价反应等级。结果表明:在侵彻过程、轴向、径向尺寸效应等方面,验证试验与数值计算结果吻合良好;Ф100×300 mm尺寸的JO-H炸药在弹丸侵彻作用下发生爆轰作用;Ф400×200 mm装药反应剧烈性低于Ф100×200 mm装药,反应级别相同,为爆炸反应。     

半疏水-半亲水球体垂直入水空泡数值仿真研究

采用流体体积多相流模型耦合连续表面力模型,对具有非对称表面润湿性的半疏水-半亲水球体垂直入水空泡形态发展过程进行数值仿真,分析了半疏水-半亲水球体垂直入水过程中受到的流体动力。研究结果表明：半疏水-半亲水球体垂直入水后,产生非对称入水空泡及“心”型喷溅,同时球体运动轨迹将偏离原竖直运动轨道,由疏水半球一侧向亲水半球一侧偏斜;入水初期,在球体表面形成液体薄层运动,在疏水半球一侧,液体薄层与球体表面分离,导致空气进入形成敞开空泡;在亲水半球体一侧,液体薄层沿球体表面向上运动最终在球体顶点汇聚;液体薄层汇聚后形成楔形流,楔形流在球体顶点与球体表面分离,继续向疏水半球一侧产生的入水空泡壁面运动并撞击,形成“心”型喷溅。     

重力静压梯度场中通气空泡形态研究

基于连续方程,动量方程,能量方程,状态方程和标准k-ε方程,实现了重力静压梯度场中通气空泡流的数值求解;将来流边界温度定义为时间的函数关系,研究了重力静压梯度场中海洋垂向温度场对空泡形态影响规律;通过对等温通气空泡流进行数值研究,得到了重力静压梯度场中空泡长度和空泡直径随弗劳德数和空化数的变化规律。计算结果与已有经验公式和实验结果符合良好,证明该方法能够有效地预测重力静压梯度场中通气空泡形态。     

自行火炮固有频率特性实验研究

为了研究自行火炮结构动态响应规律,以轮式和履带式火炮为研究对象进行了全炮模态测试,得到了全炮的固有频率及其相应模态.通过对轮式与履带式自行火炮系统振型分析,可以得到如下结论:对于轮式自行火炮和履带式自行火炮,在低频范围内从低到高其固有振型依次为全炮俯仰、平动和横滚;对于本文所选试验对象,履带式自行火炮全系统俯仰、平动和...     

弹丸涂胶视觉检测技术研究及应用

为提高弹丸涂胶落后的检测工艺,利用机器视觉技术,设计包含图像采集方式、局部阈值分割算法以及 给出基于缺陷位置、几何和形状特征对其判定的方法。应用结果表明,该方法能准确实现涂胶缺陷的分割和判定。