表面闭合优先发生情况下入水动力学建模与分析

摘要

本文研究了三维细长弹体以固定速度垂直入水问题,研究范围被限制在表面闭合优先于深闭合发生情况下的空气腔形成阶段.建立了弹体发射实验装置,通过高速相机拍摄了入水过程的时序图像.还在开源流体力学平台OpenFOAM(R)上开发了基于压力的可压缩多相求解器,用于开展入水流场特性数值模拟研究,采用数值计算得到的空泡形态与实验结果吻合良好.本文讨论了在不同佛汝德数工况下,弹体阻力系数、压力分布、空腔轮廓和流动特性随着无量纲时间的变化规律.分析结果表明,阻力系数在接触水面的瞬间发生突变达到峰值,随后快速下降并达到一个相对稳定的值,空腔入口处和弹体的肩部存在着明显的低压,随着气体侵入的减少和空气腔体积的增大,泡内的整体压力不断降低.