空化器倾斜角对超空泡流影响的三维数值仿真研究.pdf

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1、第15卷第l一2期2011年2月船舶力学JoulllalofShipMechanicsV01．15No．1—2Feb．2011文章编号：1007—7294(2011)Ol_0074—0r7空化器倾斜角对超空泡流影响的三维数值仿真研究周景军，于开平(哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001)摘要：为了研究空化器倾斜角发生变化时流体动力变化规律及其对超空泡航行体控制有效性的影响，对圆盘和圆锥空化器在具有不同倾斜角时进行了数值仿真，仿真结果表明：空化器锥角不同时生成的超空泡形态和空化器的流体动力特性都有很大的不

2、同；不同超空泡航行体对于空化器的选择应该根据航行体自身特点进行选择；将圆盘和圆锥空化器进行组合可以改变单一种类空化器的外形和流体动力特性，增加对空化器选择的灵活性。关键词：超空泡形态；倾斜角；空化器；流体动力中图分类号：，I’v13l文献标识码：AThreedimensionalnumericalsimulationOntheinnuenceofcavitatorinclinationangletosupercavitynowCaVltatorlnCJlnanonangJetOSUDerCaVltV110W

3、ZHOU五ng巧u玮，l，UK以-p汛g@hooIofAeron跏tics'HarbinIn8titute“Technology，H小in15000l，Chi眦)Abstmct：Inordert0studythechangeIawofhydmdynaIIlicforceandtheirIfluencetot王lecontrole侬cien-cyof￡hesupercaVita￡ingVehicl船whentheinclinationandeofcavitatorchanged，numdcalsimulati

4、onswerec枷edoutfordiskandconecavitatorswithdif玷rentinclinationangles．Thesimulationresultsindi．cated：弧esupercavitysh印eandthehydpodynamiccharactericsv撕edwiththeconeande0fcavitator；thecaVjtatorshouldbechosenaccording￡oitso咖f曲tufj∞ofsupercavitatingvehicle；theco

5、nlbina￡ionofdiskcaVitatoraJldconecaVitatorcouldimpr州etheshapeandthehydrodyn锄icch踮acteristicsofasinglecav-itatoralldenhancethenexibilityofcavitatorselection．Keywords：supercaVitationsbape；inclinatj伽angle；ca“tator；h)，drodynamics1引言超空泡航行体在水下运动过程中其前端空化器与水之间有很强的

6、相互作用，Savchenko认为超空泡航行体在50—200m／s时航行体后体主要处于滑水状态，当速度为300—900IIl，s时航行体后体处于一种与空泡壁的拍击状态fll，对于上述两种情况，空化器法线方向与来流会产生一定的倾斜角度。从而引起流体动力的变化。对于较大的超空泡武器，空化器通常还要倾斜产生一个小的角度，以提供头部支撑所需要的升力，为了实现有效机动，倾斜角度有时会发生较大变化，其中文献【2】等对带倾斜角圆盘收稿日期：20lo_-04一15基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(108320cr7)作

7、者简介：周景军(198l一)，男，哈尔滨工业大学博士研究生，E一眦il：jin商un4866@163．c砌；于开平(1968一)，男，哈尔滨工业大学教授，博士生导师。第1—2期周景军等：空化器倾斜角对超空泡流影响的⋯75空化器的空化特性和阻力特性进行了研究，但倾斜角最大为21。。另外，为提高超空泡武器的威力，还必须考虑超空泡条件下的探测与制导问题，由于气体不透声，所以声纳基阵只能安装在与水接触的部分【3】，圆锥形空化器可以满足上述要求。德国【4J、美国【斓等国家的超空泡航行体的空化器主要也是圆盘形的n(如图

8、1所示)和圆锥形的(如图2所示)，并且进行了大量的实验研究。从公开发表的研究性文献看，国内外对于空化器的研究较多，但主要是关于空化器的空化特性和阻力特性方面的研究，数值仿真主要是不带倾斜角的二维数值仿真，文献【8】和【91研究了空化器参数对超空泡形成和发展的影响，并未对流体动力特性进行探讨；文献【10】以不同速度下的空化器最小阻力为优化目标对空化器进行了优化，并未考虑升力。考虑空化器外形和倾斜角对弹道稳定性和控制