空投雷弹入水冲击头型特性参数分析

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1、第40卷第6期2010年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．6NOV．2010空投雷弹入水冲击头型特性参数分析王永虎(中国民航飞行学院，四JIl广汉618307)摘要：针对目前雷弹头型的多样性和多种描述方式，从雷弹头部外型特点出发，在前人描述外型的无量纲参数基础上，重点分析了Baldwin和w叫gh的特性参数的优缺点，提出一种更为合理的具有普适性的无量纲新型特性参数，可以普遍描述雷弹头型，并且根据其与入水冲击阻力系数的关系，给出尖拱体长细比与入水冲击阻力系数的关系式和新型描述参

2、数与入水冲击阻力系数的关系式，可以方便地求出各类头型垂直入水冲击栽荷的峰值，为尖拱族结构入水冲击载荷计算提供了一种便捷的方法，拓展了不同头型的结构体垂向入水冲击理论。关键词：空投雷弹；尖拱族；头型特性参数；入水冲击中图分类号：E925．2文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)06．0014．04引言根据使用条件和任务要求不同，雷弹头部线型多种多样。在航空、航天和航海领域中普遍采用相切尖。拱(或称为VOllKarmaa形)与截头尖拱线型。火箭助飞鱼雷和导弹头型一般采用尖拱体，且在某些情况下也采用椭球体和圆锥体，就是为了在空

3、中助飞阶段获得良好的气动外型和入水瞬态良好的缓冲性能。在鱼雷武器研发和使用史中可知，入水结构的头部外型也有多种，如超空泡高速入水弹头是采用圆锥体，对于航空水雷则采用半球头型等，白导鱼雷由于自导基阵形状的要求，将头部做成截头或球冠加任意曲线回转体，同时为了保持雷弹入水后弹道的稳定性，通常采用截头尖拱体⋯，这个截平头又称为Me’Plate，其大小直接影响结构的外形和流体阻力变化，并且可以提高雷体运动的稳定性。J．G．Waugh分析全尺寸MK25假雷1、’——一一!风}---·-_心＼／＼遄hL一(Dummyaircrafttorpedo)安

4、装各种弹头斜入水试验数据，研究出多种头型斜入水冲击的动态行为，给出了各种弹头的头部外型【2】。针对头部外型对入水冲击动力响应的影响，国内学者孙明根和曲宝纯等进行了相关研究口。4J。前者选取几种简化线型头进行垂直入水试验，分析其与入水冲击动力特性的关系，后者分析了球冠加曲线回转体的几何特性，总结出无因次关系表达式，给出其与入水冲击加速度的关系。本文将尖拱族头型特性参数与入水冲击动力响应的关系做进一步分析，提出一种新的尖拱族头型特性参数。l尖拱族头型特性参数1．1以往尖拱族头型特性参数由于尖拱头型和截头尖拱头型是空投雷弹入水冲击缓冲头帽选用

5、的头型，属于尖拱族头型。尖拱族头1、—．一一R．--—---＼．1沁’，I?、-—一一；见}-·——-、．沁‘^2r(A)正切尖拱几何外形示意图(B)截头尖拱几何外形示意图(C)球冠尖拱几何外形示意图图1尖拱族几何外形示意图收稿日期：2010．06．28基金项目：国家自然科学基金资助项目(60879022)作者简介：王永虎(1974一)，男，东莱阳人，讲师，博士，研究方向为飞行性能和飞行品质监控、航空安全等。2010年11月王永虎：空投雷弹入水冲击头型特性参数分析·15·型具有无量纲头型性能系数与本构模型无关的特点，所以许多研究人员采用

6、了各种描述方式来完整的表达头型。Baldwin在1971年提出使用如图1(A)所示的d与口描述尖拱体"J，其中a与锥体的顶角相关，扫描角为p，正切尖拱体又为邮尖拱体。正切尖拱体具有以下的几何关系：耻萌Ro2sin{coso}其中，R，为扫描半径，R为底部半径，h为尖拱体长。如果笛卡儿坐标系原点与顶点重合，戈轴与回转轴重合，Y轴沿着径向，则Y=√尺i一(茗一^)2+(Ro—R1)(2)可以看出，如果Rl_R。或h=Ro，相切尖拱形变为半球形，所以尖拱形体是介于半球形体和锥体之间的一族轴对称体。Baldwin和宣建明给出尖拱体的几何关系”-

7、6]：，，：．／砰一(Risin掣一戈)：R1cos掣(3)V厶如果采用传统的长细比(Slendernessratio)表示尖拱体外形，即长细比为s=h／d，沿着轴向变化的半径参数Y，最大处直径d=2心，经推导得到：厂——————r—————————一，y=√d2(s2+÷)2一(sd一石)2一ds2+詈(4)如果采用尖拱曲径比(Caliberradiusration)描述尖拱族外形，尖拱曲径比为1／,=R，／(2R。)=R，／d，可以简洁明了地完整描述出尖拱族外形。当缈=0，表示为锥体外形；当哕∈(0，0．5)，表示为圆盘一尖拱体外形

8、；哕=0．5，表示为半球体外形；缈>0．5，产生一个典型的尖角尖拱顶，形成典型的尖拱体外形。但这种参数不能描述截头尖拱头型。J．G．Waugh在曲径比特性参数的基础上，进一步定义一个参数表达式来描述尖拱和平