水下超空泡射弹运动仿真与弹道特性分析

摘要

近年来，为了提高海军装备和水下作战能力，许多国家致力于在水中兵器的研究。超空泡理论的提出，使水下鱼雷和水下射弹的速度大幅提高，为水中兵器的发展提供了广阔的应用前景。到目前，水下超空泡射弹在水中运动时常出现失稳、弹道弯曲等问题，亦成为水下超空泡射弹研究的重点和需要攻克的难点之一。
　　影响水下超空泡射弹减阻性能和失稳的因素有很多，如弹丸的质心位置、空化器形状、空化器大小和长径比等。本文针对水下超空泡射弹的弹道特性进行了数值仿真计算，通过计算分析影响弹道稳定性和减阻性能的因素。
　　文中首先介绍了超空泡理论和流体动力学的数值计算方法，其中超空泡理论和数值计算方法为运动仿真提供参考，超空泡射弹水下运动方程为编写弹丸运动的六自由度方程(6DOF)提供理论依据。本文第三章根据经典内弹道方程的基本理论知识，对水下超空泡武器多环境内弹道进行分析计算，通过对比两种环境的内弹道结果和分析内弹道各参数对水下内弹道膛压、初速的影响，得到一些理论基础，为后续超空泡水下射弹外弹道特性分析提供一些参考数据。第四章和第五章，分别采用了二维和三维的拟真建模仿真分析方法，利用超空泡细长流理论和6DOF方程对水下超空泡射弹的减阻性能和稳定性进行研究。通过二维数值仿真分析，对空化器形状对射弹稳定性和减阻性能的影响进行对比研究;通过三维模型数值仿真，分析了超空泡射弹在水下运动稳定性的影响因素，并对射弹的弹形进行了初步的优化设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景、意义

1．2 国内外研究现状、发展动态

1．2．1 水下枪械和超空泡射弹发展现状

1．2．2 国内外超空泡射弹试验研究近况

1．2．3 国内外超空泡射弹数值研究现状

1．3 论文的主要研究内容

2．1 引言

2．2 控制方程

2．2．1 N-S方程

2．2．2 湍流模型

2．3 超空泡引论

2．3．1 空化的基本概念

2．3．2 超空泡流动理论及应用

2．4 超空泡射弹水中6DOF空间运动方程组

2．4．1 超空泡射弹坐标系设置

2．4．2 超空泡射弹运动学参数与方程组

2．4．3 超空泡射弹坐标转化矩阵

2．4．4 超空泡射弹一般动力学方程

2．5 超空泡射弹数值计算方法

2．5．1 边界条件概括

2．5．2 控制方程离散化

2．5．3 多相流模型概括

2．5．4 动网格理论

3．1 引言

3．2 全浸水发射模式下内弹道理论分析

3．2．1 基本假设

3．2．2 建立内弹道数值模型

3．2．3 内弹道计算程序流程

3．3 两种环境下内弹道数值结果分析

3．4 内弹道参数对水下弹道的影响分析

3．4．1 弹丸质量对水下内弹道的影响

3．4．2 装药量对速度压力的影响

3．4．3 水深对速度压力的影响

3．4 本章小结

4．1 引言

4．1 二维器超空泡射弹水下运动弹道仿真分析

4．1．1 弹道仿真建立模型

4．2．2 仿真结果分析

4．2 超空泡射弹不同空化器对射弹减阻性能的影响研究

4．2．1 弹道仿真建立模型

4．2．2 仿真结果分析

4．4 本章小结

5．1 引言

5．1 常规弹丸水下失稳特性分析

5．1．1 弹道仿真模型的建立

5．1．2 数值模拟和实验结果分析对比

5．2 转速对弹丸水下运动稳定性影响分析

5．2．1 弹道仿真模型的建立

5．2．2 数值结果分析

5．3 质心位置对弹丸水下运动稳定性影响分析

5．3．1 弹道仿真模型的建立

5．2．2 数值结果分析

5．4 圆盘空化器大小对弹丸水下运动稳定性影响分析

5．4．1 弹道仿真模型的建立

5．4．2 数值结果分析

5．5 长径比对弹丸水下运动稳定性影响分析

5．5．1 弹道仿真模型的建立

5．5．2 数值结果分析

5．6 不同长径比空化器平头面积对弹丸水下运动稳定性影响分析

5．6．1 弹道仿真模型的建立

5．6．2 数值结果分析

5．7 弹尾部对弹丸水下运动稳定性影响分析

5．7．1 弹道仿真模型的建立

5．7．2 数值结果分析

5．8 本章小结

6 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果