超空泡高速射弹变介质运动仿真及弹道特性研究

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1、超空泡高速射弹变介质运动仿真及弹道特性研究摘要研究变介质过程中超空泡高速射弹的运动特性是适应未来不同作战环境的发展趋势。高速射弹的出入水过程包含相变、穿透气水交界面、湍动等复杂现象，其具有高度非线性、高载荷、非定常等流体特征，同时伴随着的喷溅、尾拍、撞水、空泡表面的打开与闭合等流场变化直接影响着射弹出入水过程的稳定性。本文运用理论分析与数值计算相结合的方法，以某口径超空泡射弹为研究对象，对其变介质环境下的弹道特性和出入水稳定性进行了分析研究。具体研究内容如下：为了分析超空泡高速射弹在变介质环境中的弹道特性，通过建立高速射弹的参考

2、坐标系和弹丸在入水及出水阶段的受力分析，构建了超空泡射弹的一般空间运动方程和动力学方程组，为后续分析研究奠定基础。简要分析了超空泡高速射弹在变介质环境下的流体力学基础理论及其数值模拟计算方法，建立了基于某口径高速射弹的六自由度控制方程，结合动网格技术，分析了离散求解方法和计算边界条件的选取。基于雷诺时均方程的数值模拟方法，对某口径高速射弹在不同转速、不同角度及不同初速等因素下的出入水过程进行弹道仿真分析。具体分析了弹丸在变介质过程中质心运动轨迹、速度、角速度及阻力等运动特性，并简述了其在变介质过程中的流体特征及现象。得出转速、初

3、速和角度都是影响弹丸出入水稳定性的因素，弹丸的旋转不利于其变介质运动，非旋转弹丸以适当的速度垂直出入水的稳定效果最佳。文中的研究成果为今后高速射弹在变介质环境中的运动特性分析提供了一定的理论和工程参考价值。关键词：超空泡高速射弹，变介质，数值模拟，弹道特性，多相流ResearchontheTrajectoryCharacteristicsandMotionSimulationofSupercavitatingHighSpeedProjectileIntheVariableMediumAbstractTostudythekinet

4、iccharacteristicofsupercavitatinghigh-speedprojectileintheprocessofvariablemediumisatrendtoadapttodifferentoperationalenvironmentsinthefuture.Supercavitatingprojectilewithhigh-speedintheprocessofwater-entryandwater-exitcontaincomplexphenomenasuchasphasechange,through

5、thegas-watersurface,turbulenceandsoon.Ithasfluidcharacteristicssuchashighnonlinearbehavior,high-loadsituation,unsteadysituationandsoon.Meanwhileitisaccompaniedbythechangesofflowfield,e.g.spatter,tailslapping,waterimpact,openingandclosingthesurfaceofcavity,thesedirect

6、influncetheprojectile’sprocessofwater-entryandwater-exit.Thisthesisappliesthecombinationoftheoreticalanalysisandnumericalcalculation,basedonacertaincalibersupercavitatingprojectileastheresearchobject,toanalyzethetrajectorycharacteristicsinavariablemediumenvironmentan

7、dthestabilityofwater-entryandwater-exitforit.Thespecifictopicsofthisthesisareasfollows:Inordertoanalyzethetrajectorycharacteristicsofthesupercavitatiingprojectileinthevariablemediumenvironment,throughestablishingthereferencecoordinatesystemofhigh-speedprojectileandth

8、eforceanalysisoftheprojectileinthestageofwater-entryandwater-exit.thegeneralspatialmotionequationanddynamicequationsofthesupercavit