回转体倾斜入水空泡及弹道特性实验

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1、2016年11月第42卷第11期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNovember2016V01．42No．11http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0690回转体倾斜入水空泡及弹道特性实验宋武超，王聪+，魏英杰，许昊(哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001)摘要：针对回转体低速倾斜入水过程空泡的生成机理和演化特

2、性开展研究。通过不同入水速度和入水角度回转体倾斜入水对比实验，研究了入水速度和入水角度对入水空泡、回转体速度、俯仰角及阻力系数的影响规律。研究结果表明：空泡深闭合时刻的空泡长度、最大空泡直径和空泡闭合点深度随着回转体入水速度的增加而增大；空泡深闭合发生时间随着入水速度的增加而小幅增大；同一入水时刻回转体俯仰角和俯仰角速度均随入水速度的增加而减小；随着回转体入水角度的增加，同一时刻入水空泡直径和回转体速度逐渐减小，阻力系数逐渐增大。关键词：回转体；运动参数；倾斜入水；入水空泡；实验研究中图分类号：0351文献标识码：

3、A文章编号：1001．5965(2016)11-2386-09运动体入水问题广泛存在于水上飞机和宇宙飞船的水上着落、船体在风浪中的砰击、空投鱼雷入水、跳水运动等领域，具有较强的工程应用背景⋯。从空气介质穿过气水交界面侵入水体的入水过程，涉及到气体、液体和固体3种介质的耦合作用，具有高度非线性和非定常性。Worthington和Cole旧刮利用闪光摄影技术对球体入水进行了大量实验，分析了入水速度和球体表面条件对入水喷溅的影响。May”3研究了环境压力和入水速度对球体垂直入水空泡形成和发展的影响规律。Tabuteau等

4、”。针对球体垂直入水过程中入水速度对空泡直径及入水喷溅高度的影响规律进行了研究。Charters¨1针对钢质球体开展了高速垂直入水实验，得到了球体在不同入水速度下的阻力系数。Abelson"o针对锥头圆柱体倾斜入水过程中入水角度对空泡内压降的影响规律进行了研究。施红辉等旧。叫研究了细长体入水角度和入水速度等因素对入水后自由液面的稳定性及空泡形态的影响规律。何春涛等¨川研究了圆柱体倾斜人水条件下空泡闭合方式与人水速度的关系。杨衡等¨副开展了弹体低速入水空泡实验研究，分析了入水速度和人水角度对空泡形态及入水喷溅的影响规

5、律。胡青青¨列针对锥头圆柱体开展入水实验研究，分析了入水速度和入水角度等对圆柱体入水后姿态稳定性及空泡形态的影响规律。梅哲力¨钊研究了入水角度对细长圆柱体入水过程中空泡形态及阻力系数的影响规律。马庆鹏¨51和陈晨¨刮等针对圆柱体高速垂直入水问题进行数值模拟研究，分析了圆柱体入水速度及空气域压力对空泡形态发展及流场压力分布的影响。目前国内对入水问题的实验研究较多关注于垂直入水问题，针对入水空泡、入水弹道等发展变化过程往往做定性分析，较少涉及到倾斜入水过收稿日期：2015．10—23；录用151期：2016-05—13

6、；网络出版时间：2016-05—1711：11网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160517．1111．003．html基金项目：黑龙江省自然科学基金(A201409)；中央高校基本科研业务费专项资金(HIT．NSRIF．201159)；哈尔滨市科技创新人才研究专项资金(2013RFLXJ007)}通讯作者：Tel．：0451·86413510E-mail：alanwang@hit．edu．en引用格式：宋武超，王聪，魏英杰，等．回转体倾斜入水空泡及弹道特性试验

7、ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(11)：2386—2394．SONGWC，WANGC，WEIYJ，eta1．Experimentofcavityandtrajectorycharacteristicsofobliquewaterentryofrevolu-tionbodieslJ]，JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(11)：2386·2394(inChinese)．第11期宋武超，等：回转体倾斜入水空泡及弹道特性

8、实验2387程中入水速度、入水角度对空泡形态、运动体运动特性及流体动力特性的影响规律。本文通过回转体低速倾斜入水实验，研究在倾斜入水情况下，入水空泡的生成机理和演化特性；开展对比实验定量分析入水速度和入水角度对入水空泡形成、发展特性的影响，以及回转体运动特性和阻力系数的变化规律。径D。=9Inm，柱段长度L=40mm，头型为0=1400锥角头型。图2入水实验