高速射弹入水过程流体动力与弹道特性研究

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1、硕士学位论文高速射弹入水过程流体动力与弹道特性研究RESEARCHONWATERENTRYHYDRODYNAMICANDTRAJECTORYCHARACTERISTICSOFHIGH-SPEEDPROJECTILES李佳川哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O352学校代码：10213国际图书分类号：532.5密级：公开工学硕士学位论文高速射弹入水过程流体动力与弹道特性研究硕士研究生：李佳川导师：魏英杰教授申请学位：工学硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学

2、位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O352U.D.C:532.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONWATERENTRYHYDRODYNAMICANDTRAJECTORYCHARACTERISTICSOFHIGH-SPEEDPROJECTILESCandidate：LiJiachuanSupervisor：Prof.WeiYingjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEnginee

3、ringSpeciality：GeneralandFundamentalMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高速射弹入水过程涉及到空化、湍动、穿越自由液面等复杂物理现象，具有高载荷、非定常、非线性等流动特性，同时还需历经撞水、尾拍等不同运动阶段，入水过程的弹道特性与流

4、体动力特性受到诸多因素的影响。本文采用自编程弹道仿真与数值模拟计算相结合的方法，对高速射弹入水过程流体动力特性和弹道特性进行了系统的研究，主要研究内容如下：基于入水弹道学和超空泡流体动力理论，分析了高速射弹在入水前后的受力情况，忽略对整体弹道影响微小的次要因素简化了受力模型，利用鱼雷航行力学的建模方法，并结合由动量守恒定理推导出的弹体尾拍时弹体尾部的受力公式，建立了弹体纵向运动的动力学模型。采用基于雷诺时均方程的数值模拟方法，同时引入VOF多相流模型、k湍流模型和Schnerr空化模型，运用动计算域

5、技术，对高速射弹入水过程的流体动力特性开展了研究，给出了高速射弹入水过程中转角、空泡形态、空泡壁面速度和弹体头部压强等参数的变化规律。基于所建立的入水过程动力学模型并结合数值模拟计算结果，利用MATLAB软件编写了弹道仿真程序，并对高速射弹入水过程进行了弹道仿真，研究了入水过程中弹体重心运动轨迹和速度、弹体俯仰角和俯仰角速度等参数的变化，分析了弹体的尾拍运动特性，获得了初始扰动角速度、弹体密度和入水角度对入水弹道特性的影响规律。关键词：高速射弹；入水弹道；数值模拟；流体动力；空泡I哈尔滨工业大学工学硕士

6、学位论文AbstractThewaterentryprocessofhigh-speedprojectilesinvolvesmanycomplicatedphysicalphenomena,suchascavitation,turbulenceandpassingthroughthefreesurface,itischaracterizedbyhigh-load,unsteadysituationandnonlinearbehavior,italsoneedtogothroughdifferentmo

7、tionstages,e.g.waterimpactandtailslapping.Thetrajectoryandhydrodynamiccharacteristicsduringtheprocessofwaterentryareaffectedbymanyfactors.Thisthesisdiscussesthetrajectoryandhydrodynamiccharacteristicsduringthewaterentryprocessofhigh-speedprojectilesbyusi

8、ngself-programmingtrajectorysimulationandnumericalmethodssystematically.Themaintopicsofthisthesisareasfollows:Thestressstatebeforeandafterwaterentryofhigh-speedprojectileshasbeenanalyzedbasedonwaterentryballisticsandhydrod