超空泡射弹尾拍力求解的一种改进型方法.pdf

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1、船电技术J控制技术超空泡射弹尾拍力求解的一种改进型方法张丁雄1，(海军工程大学，侯健2武汉430033)摘要：传统的超空泡射弹尾拍力求法将空泡边界看成是一条直线，在求解弹丸浸入长度时势必造成误差，导致弹丸的尾拍力求解不精确，本文主要在传统求解浸湿长度的基础上提出了一种改进型的求解方法，将空泡壁看成是椭圆的一部分。仿真结果显示，改进后尾拍力变大，弹丸衰减速度变快，弹丸空化器上的阻力变小。关键词：超空泡射弹尾拍力浸湿长度中图分类号：TK05文献标识码：A文章编号：AnImprovedMethodtoSolveTailShotStriveofSupercaVitatingPro

2、jectileZhangDingxion91，HouJian2(NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Regardingvacuolarboundaryasastraightline,theerroriscausedduringsolvingprojectileimmersedlength，andtheprojectiletailslapstriveisimprecise．Animprovedmethodisputforwardbasedonthetraditionalmethodofsolving

3、immersedlengthen，inwhichregardvacuolarwallaspartoftheellipse．Thesimulationresultsshowtheshotforceoftailbecomelarger,projectiledecaybecomesfasterandtheresistanceofprojectilecavitatorbecomessmallafterimprovement．Keywords：supercavitingprojectile；projectile；tailshotstrive；immersedlength0引言超空泡

4、射弹空泡的运动轨迹、运动速度及弹体本身的动态响应等特性是超空泡射弹武器研制的关键和根本。射弹的无动力运动轨迹由水下惯性运动的稳定性决定，存速则由超空泡的减阻效果决定，弹体本身结构破坏和屈曲失稳是由射弹的模型设计、结构设计和材料选择决定。三者虽然反映出的分别是超空泡弹丸运动过程中的三个方面的问题，问题的角度不同但相互联系着，解决这些问题的关键都在于射弹带空泡运行时的力学分析。超空泡射弹水中高速航行时的动力学计算包含了液体、气体、固体(弹丸)等多种介质的相互作用，其过程是非常强烈的非线性物理模型，收搞日期：2012．11-15作者简介：张丁雄(1988一)，男，硕士研究生。研

5、究方向：武器系统仿真与试验技术。很难用准确的数学语言进行描述。近些年来，国内外研究人员针对水下航行体的运动特性进行了不少的研究工作，麻震宇【lJ针对超空泡航行体轴向的受力特点，建立了超空泡航行体双层壳结构的有限元模型，对结构动力稳定性进行了分析；范辉【2’31根据圆判据研究了超空化航行器的稳定性及最优控制问题；易文俊【4J采用Fluent软件的两相流模型对带有尾翼弹丸的稳定性进行了模拟仿真分析；文献[5，6】中对水下射弹滑行力的计算进行了研究，并给出了一系列的经验公式。1弹丸运动学方程设射弹绕流为理想可压缩流体无旋定常运动，为避免尾部空泡回注射流形成的数学奇异性，采用Ri

6、abushinsky空泡闭合方式(即空泡以与射弹对称的形式闭合)，将坐标原点建立在空泡顶点处(图1)。47V01．33No．102013．10船电技术I控制技术图1超空泡外形空泡外形方程为：一(x-l／2)2+上：1(1)(I／2)2(Dk／2)2其中：7-超空泡长轴；D卜超空泡长轴。射弹在控制面内，运动状态分为两个不同的阶段：1)射弹还没有与超空泡壁发生碰撞2)射弹的尾部与超空泡壁发生碰撞在第一阶段，射弹只是前端受水的阻力，而第二阶段则其尾部也受力。碰撞力及力矩的计算是基于Milwitzky[8]的思想方法进行的；射弹前端所受的阻力是由Kiceniuk[91的试验结果得

7、来的；计算超空泡长度、最大直径等参数的公式由文献中方法给出。数学模型根据文献‘101的思想建模，本文建立的模型作如下假设：1)射弹在纵向平面内做平面运动；2)在控制面内，射弹绕空化器做平面内的转动；3)射弹的运动不受超空泡中气体、水蒸汽和水滴的影响。4)忽略重力对运动的影响。图2射弹受力示意图在第一阶段，由于甜2口v2和p4e。口2mLc02，平衡方程可以写成：考=一去咖∥(2)48竺：绷(3)——=翻

8、z，Lj／dt塑：o(4)dt第二个阶段可以写成：害=一去咖4u2F(Ac心")(5)象=国2[(M疋)+鸩(丘‰)(三一‰