超空泡

摘要： 为了研究空化槽对弹丸波浪条件下入水稳定性以及减阻特性的影响,对弹丸头部分别为矩形空化槽、三角形空化槽以及无空化槽的3种弹丸入水过程进行数值模拟研究。结果表明:无空化槽弹丸形成的空泡相对较早闭合,使弹丸受到不均匀扰动,对弹道稳定以及减阻特性造成一定影响,其余两种有空化槽弹丸入水稳定性与减阻特性区别不大,矩形空化槽弹丸由于在空化槽处形成涡流对于弹丸的减阻特性比三角形空化槽弹丸的效果更好。

摘要： 为了分析自然通气状态下斜流角对半浸桨的水动力特性的机理问题,本文对无因次半径为0.7处的841-B型半浸桨的杯型剖面进行建模。通过求解RANS方程模拟杯型剖面入水过程的同时,结合标准k-ε湍流模型、流体体积方法以及重叠网格技术,建立可靠的数值方法,并在此基础上研究不同斜流角工况下半浸桨杯型剖面的水动力特性,分析了不同斜流角工况下的半浸桨杯型剖面的自由液面形式、通气腔形式、流场形式以及表面压力分布。研究结果表明:增大半浸桨杯型剖面的斜流角,会对其入水过程的通气现象起到一定的促进作用,此外,由于增大半浸桨杯型剖面的斜流角会间接增大浸深,进而使得半浸桨杯型剖面受到的横向力系数以及垂向力系数有所增大。在半浸桨的工程应用过程中,要着重考虑传动轴以及工况的改变对其斜流角的影响机理。

摘要： 旋转空化器是一种通过叶片在水中高速旋转产生超空泡以实现不同工程实际应用的装置,本文对双叶片旋转空化器现有楔形叶片进行改型,建立了三种不同叶型的空化器三维几何模型,并采用ANSYS FLUENT软件对其产生的空化流场进行数值模拟,对比分析了其水动力学特性。结果表明,相同转速下,叶型2(改进叶型)产生的空泡尺寸最大,叶型1(原型叶片)次之,叶型3(改进叶型)最小,因而从空泡尺寸的角度来说,采用叶型2的旋转空化器的性能优于采用另外两种叶型的旋转空化器。此外,叶型2的阻力矩最大,但叶型3的阻力矩始终大于叶型1的阻力矩,因此采用叶型2的叶片改型更为合理。

摘要： 针对舰船防护结构抗近爆毁伤问题,分析了冲击波的传播规律和高速破片的运动规律,得到需要考虑二者耦合作用的爆距和时间判据。构建了防护结构整体模型,采用流固耦合算法并叠加近爆冲击波和预制高速破片,实现二者对防护结构耦合毁伤作用的数值模拟,并与只考虑高速破片时的效果进行了对比。结果表明,在近距离爆炸情况下,必须考虑冲击波和高速破片的耦合毁伤作用;耦合作用对防护结构的毁伤程度更加严重,毁伤机理更加复杂。基于耦合毁伤机理,提出防护结构的改进方法,用于提高其防护能力。

摘要： 针对舰船防护结构抗近爆毁伤问题,分析了冲击波的传播规律和高速破片的运动规律,得到需要考虑二者耦合作用的爆距和时间判据.构建了防护结构整体模型,采用流固耦合算法并叠加近爆冲击波和预制高速破片,实现二者对防护结构耦合毁伤作用的数值模拟,并与只考虑高速破片时的效果进行了对比.结果表明,在近距离爆炸情况下,必须考虑冲击波和高速破片的耦合毁伤作用;耦合作用对防护结构的毁伤程度更加严重,毁伤机理更加复杂.基于耦合毁伤机理,提出防护结构的改进方法,用于提高其防护能力.

摘要： 以超空泡横截面独立膨胀原理作为理论基础,针对水洞通气超空泡试验中不可避免的壁面影响问题,推导了水洞试验段压力环境下空泡形态的理论计算公式,与已有的无界流空泡形态计算公式比较,得到了试验段沿程压降对空泡形态的影响规律.基于推导的公式,进一步分析了模型阻塞比对空泡形态的影响,给出了试验中实测空化数与原型空化数的理论换算方法.

摘要： 应用了超空泡技术的水下炮弹在水下航行过程实现极大减阻,水下航程大幅提升,应用前景更为明朗.基于弹箭外弹道学及流体仿真软件对水下炮弹开展研究,建立了水下刚体弹道方程组,数值求解了水动力系数,仿真解算了相关弹道曲线,分析了水弹道稳定的初始攻角阈值.研究结果表明:水下炮弹弹丸发生沾湿的临界攻角为1.5°;900 m/s初速、8000 rad/s转速、1°初始攻角的水下炮弹在水下可稳定航行100 m,存速大于100 m/s,转速大于6300 rad/s;为保证水下炮弹稳定航行,初始攻角应小于1.3°.

摘要： cqvip:为研究横流扰动下的超空泡鱼雷空泡形态及水动力特性,基于有限体积法和VOF模型,结合重叠网格技术,建立了经过实际检验的三维鱼雷超空泡数值计算模型,分析超空泡鱼雷航行过程中受到横流扰动后的空泡形态及水动力变化规律,研究不同横流扰动速度下的鱼雷超空泡流场变化,分析横流速度对超空泡的形态及鱼雷航行阻力影响。研究结果表明:横流扰动使得鱼雷超空泡对称性消失,尾部流动分离严重,超空泡不再完全包裹鱼雷表面,鱼雷表面出现沾湿面积。鱼雷航行速度一定时,横流扰动速度越大,超空泡变形越严重,甚至发生脱落,鱼雷航行阻力增量也越大;横流扰动速度达到航行速度的20%时,航行阻力大幅增大,约为无横流扰动时的2倍。

摘要： 为了研究浅水区串联航行体超空泡流动特性,采用VOF多相流模型建立了空气、水、水蒸气的混合相的连续性方程和动量方程,对串联航行体在浅水区形成的超空泡流场进行了数值模拟,研究了水深和航行体间距对超空泡流动的影响.研究结果表明:前后串联航行体在运动过程中均会形成超空泡,且空泡的初始形态、轮廓近似,并在自由面激起先导波浪;在浅水区,会有上方空气卷入超空泡内,但是随着水深的增加,上方空气不再卷入空泡内;随着航行体间距的增大,充分发展阶段的超空泡轮廓变得越加平缓,当间距大于5倍的航行体长度时,不同间距下的串联航行体超空泡轮廓无明显差异.

摘要： 为获取水下并联发射超空泡射弹的弹道特性,基于重叠网格技术、RANS方程、Schnerr-Sauer空化模型和k-ε湍流模型,对超空泡射弹的水下同步发射与异步发射工况进行了多工况数值模拟研究.通过设置不同的弹丸间距与发射时间间隔,对比分析了并联超空泡射弹水下运动的流场特性与弹道特性.研究结果表明:对于水下同步发射,弹丸内侧空泡发展受到抑制,弹丸在不对称的水动力作用下向外侧偏转,当弹丸间距增加至4D以上时,两弹丸之间几乎无干扰;对于异步发射的先发弹丸,随着发射时间间隔的增加,其弹道偏移量先增大后减小;对于异步发射的后发弹丸,随着发射时间间隔的增加,侧空泡扩张的抑制作用逐渐解除,并有过度膨胀的趋势,时间间隔越大,速度衰减越慢.

摘要： 为了研究物体在水下航行时,水深和速度对超空泡及波浪的影响,本研究利用Fluent软件,选择VOF多相流模型和标准κ-ε湍流模型,针对物体在26mm、106mm、206mm和406mm四个水深下以60m/s、100m/s和200m/s的初速度运动的超空泡流场进行了三维数值模拟,分析了水深对波浪和空泡形态的影响,也得到了波浪随着速度的变化规律.结果表明:随着水深的增加,自由面波动产生的波浪高度逐渐减小,超空泡的对称性变好.随着速度增加,自由面波动产生的波浪高度逐渐增加,也得到了对超空泡形状产生影响的临界水深.

摘要： 本文利用浙江理工大学自行开发出的一种有角度超空泡实验发生装置系统研究空泡有角度出水的过程,装置包括一个一级轻气炮和一个水箱.研究了空泡在不同长径比,不同头型的航行体在有角度出水过程中超空泡的破灭情况,并通过高速摄影仪记录下该过程.实验发现,有角度出水的航行体产生的空泡头部不是轴对称的,而是上面厚下面薄的空泡形状.航行体出水后,尾迹与下方拉断,出现闭合.与垂直出水相比,有角度发射的带空泡航行体产生的尾迹更长.并且相同头型的航行体,速度大的航行体在出水之后速度减少的幅度比速度小的减少的大.

摘要： 自行设计研制了一套水下高速航行体发射系统,通过高速摄影仪实时清晰的记录不同头型的细长体以不同的速度和角度高速入水的过程并获得其弹道轨迹.从实时记录的照片中测量出相邻2帧图片之间的细长体位移差,计算出细长体的瞬时速度.具体分析了不同工况下高速细长体入水瞬间自由液面的波动特性和细长体入水后运动的相关特性.探讨了细长体的头部形状、入水速度、角度等因素对液面稳定性、空泡特性的影响效果,给超空泡减阻技术的研究提供一定的参考.

摘要： 超空泡在浅水位运行时,尤其是在近柔性自由面处,其运动形态与无限域流场相比会发生较大变化,使得流场非常复杂.文章采用高速摄影仪实时记录了在280mm、34mm 和18mm 三种不同水位下两种弹体模型高速航行的过程,观察了高速弹体水平入水后产生的超空泡气液两相流及其形态发展变化过程.通过对试验数据的分析,研究了水深和自由面对自然超空泡形态和水弹道特性的影响,对不同水位下空泡的外形轮廓做了定性分析,讨论了不同水位深度下自然超空泡特性参数的变化规律,分析了水深对速度衰减的影响.将实验数据与Logvinovich 和Savchenko提出的半经验公式做了对比,结果表明不同水位的实验数据和经验公式的变化趋势基本一致,检查了他们的公式的可用性和误差范围.

摘要： 本研究主要采取实验研究和数值模拟的方法,针对水平运动超空泡现象的流体力学机理进行了比较系统和深入的研究,取得了一些创新性的成果.实验研究实时记录了细长体水平运动超空泡产生、发展与溃灭的过程,分析了空泡的轮廓变化趋势;数值模拟研究了细长体发生空化的过程,通过实验和数值的对比了解了空泡的尾部闭合模型以及空泡的溃灭机理.

摘要： 采用高速摄影技术观察高速细长体倾斜入水后超空泡气液两相流形态发展变化过程并对其结果进行深入研究。具体分析了48mm 长的细长体在50m/s 左右的入水速度工况下，分别以几种不同入射角度进入水中后相关的流体动力学特性过程。实验结果表明，当细长体倾斜入水时，其与水自由面接触产生的力矩改变了细长体的初始运动方向，使其偏转而产生有多重褶皱的非规则空泡体。同时细长体尾部也更容易在入水时与产生的空泡边界接触而打断超空泡，致使部分超空泡留在近自由面处。根据速度拟合曲线，验证了细长体倾斜入水情况下依旧有超空泡减阻作用。

摘要： 超空泡武器是利用超空泡的减阻效应研制而成的全新概念的水下高速武器，应用前景十分可观。本文针对目前国内超空泡试验水洞充气系统自动化程度低、无法对大量数据实时测量和记录的缺点，采用组态软件及PLC设计了超空泡试验水洞充气自动监控系统。该系统可实现系统中各参数的自动测量、自动记录与动态显示。自动化程度高，使用方便，易于维护。

摘要： 超空泡高速水下航行体在巡航过程中，往往伴随着非定常的纵荡、垂荡、纵摇运动。本研究通过有限体积法求解非定常Reynolds 平均N-S 方程组，基于Mixture(混合介质) 多相流模型，采用非惯性系法、动计算域法、滑移网格法以及网格重构法等手段，对带空泡航行体做受迫周期纵荡运动进行了数值模拟，并进行了比较，发现动计算域法的计算量省，精度高，最适合用来对航行体做非定常运动进行数值模拟。

摘要： 在水洞中进行超空泡试验，当测量某些特殊部位流体动力如航行体尾部流体动力时，需采用头支撑方式进行，这时的空化器需要特殊设计以保证空泡形态与原型空泡形态相似。本文利用数值模拟与经验公式相结合，给出了一种能满足超空泡形态相似的空化器设计方法。该方法首先是基于独立膨胀原理，提出了头支撑方式空化器与目标空化器生成形态相似超空泡时，空化器直径与空化器零阻力系数应满足的关系式，以及空化器位置之间的关系；再通过CFD模拟得到头支撑方式空化器的空化器直径与空化器零阻力系数关系曲线；二者结合，最后确定头支撑方式的空化器的设计方案。

摘要： 针对某30mm 带尾翼高速航行体，开展了其水下高速航行（初速0 500 v 0> 500m/s ）的水动力布局结构设计。设计了带尾翼高速航行体的空化器结构参数，基于FLUENT 6.2 计算软件开展了带尾翼高速航行体的超空泡形态特性分析；在超空泡形态下，计算了不同攻角下带尾翼航行体的水动阻力、升力、稳定力矩等水动力参数；研究了带尾翼高速航行体的航行稳定性,给出了航行体的摆动攻角曲线。研究结果为开展带尾翼航行体的超空泡水下试验提供了理论参考。

摘要： 本发明提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型，该结构包括通气阀和单向阀，通气阀包括阀门前段、阀门后段、撞针仓、密封件、撞针、第一和第二密封圈，撞针仓包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段和第二撞针仓段，撞针仓具有限流孔和撞针容纳孔，撞针容纳孔与限流孔相连通；撞针包括第一撞针段、第二撞针段和撞针轴环，撞针可移动地设置在撞针容纳孔内，第一撞针段具有沿径向设置第一泄压孔，第二撞针段具有沿轴向设置的第二泄压孔，第二泄压孔分别与第一泄压孔和撞针容纳孔相连通，第一和第二密封圈间隔设置在第二撞针段上。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中通气结构的安全可靠性差且难以重复利用的技术问题。

摘要： 本发明提供一种超空泡航行体及其利用尾流引射的空泡流动控制方法。包括空化器以及航行体体身，空化器设置在航行体体身的头部，空化器后侧开设有通气孔，航行体体身内设置有气室，气室与通气孔之间通过通气管路连接，所述通气管路上设置有气阀，航行体体身的尾部设置有能够喷射气体射流的尾喷管。在航行体形成初始空泡后，使得空化器到尾喷管形成低压气体通道，尾喷管喷出的气体射流以自然卷吸的方式向前回流，为空泡补充气体，维持空泡形态，从而实现对空泡形态及稳定性问题施加主动控制。

摘要： 本发明公开了一种超空泡航行体尾部空泡半径计算方法。步骤1、初始条件：给定实际过程中的参数，并通过相关运算给出一些复合物理参数；步骤2、确定航行体尾部空泡截面扩张时间：根据空泡在空间位置xi处所扩张的时间t(xi)等于航行体头部空化器从xi处出发所运动的时间tk。建立相关等式，推导出tk的表达式；步骤3、Logvinovich独立扩张方程的离散：使用复化Simpson公式对Logvinovich独立扩张方程进行离散；步骤4、迭代方法：迭代采用空间迭代的方法，即空间某点从空泡发展一直计算至该位置空泡溃灭，再进行下一位置空泡截面的计算，对整个迭代进行划分，分为内层迭代和外层迭代。本发明的算法可以对航行体尾部空泡大小进行准确计算。

摘要： 本发明公开了一种基于势流理论小型超空泡航行体空泡变形的计算方法。包括：步骤1、坐标系建立，步骤2、复位势叠加，步骤3、k和Δx的确定，步骤4、动压场求解，步骤5、空泡变形的求解。本发明解决了在受限空间内，超空泡形态的计算问题，且本发明计算所得结果与试验结果具有高度一致性。

摘要： 本发明公开了一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置。水箱设有观测视窗，侧壁法兰孔外装有密封软管，发射管一端通过密封软管插入水箱中后安装在消音筒内的排气筒一端，消音筒顶部出气孔连接排气管，前端下部开有排水孔，前部开有弹体射出孔，可调消音筒高度的支架固定在水箱里；发射管另一端通过管阀连接器、电磁阀、缸阀连接器、高压气缸连接高压气源，定位磁铁置于发射管的另一端外圆柱面上，与定位磁铁对应的发射管另一端孔内装有弹体，可调发射管角度支架和可调高压气缸高度支架均固定在地面上。本发明调节弹体不同角度入水、调节水箱不同水位和配合流场可视化仪器进行不同水深及发射角度条件下的无扰动段产生的空泡发展过程机理研究。

摘要： 本发明提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型，该结构包括通气阀和单向阀，通气阀包括阀门前段、阀门后段、撞针仓、密封件、撞针、第一和第二密封圈，撞针仓包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段和第二撞针仓段，撞针仓具有限流孔和撞针容纳孔，撞针容纳孔与限流孔相连通；撞针包括第一撞针段、第二撞针段和撞针轴环，撞针可移动地设置在撞针容纳孔内，第一撞针段具有沿径向设置第一泄压孔，第二撞针段具有沿轴向设置的第二泄压孔，第二泄压孔分别与第一泄压孔和撞针容纳孔相连通，第一和第二密封圈间隔设置在第二撞针段上。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中通气结构的安全可靠性差且难以重复利用的技术问题。

摘要： 本发明提供一种超空泡航行体及其利用尾流引射的空泡流动控制方法。包括空化器以及航行体体身，空化器设置在航行体体身的头部，空化器后侧开设有通气孔，航行体体身内设置有气室，气室与通气孔之间通过通气管路连接，所述通气管路上设置有气阀，航行体体身的尾部设置有能够喷射气体射流的尾喷管。在航行体形成初始空泡后，使得空化器到尾喷管形成低压气体通道，尾喷管喷出的气体射流以自然卷吸的方式向前回流，为空泡补充气体，维持空泡形态，从而实现对空泡形态及稳定性问题施加主动控制。

摘要： 本发明公开了一种用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构。航行体中后段的内部中空作为燃烧室；发射药沿燃烧室内壁布满其室内空间，但其沿弹轴线留有圆柱型空腔；燃烧室前部与前导气管相连接，其直径略小于发射药空腔；前导气管延伸至弹头部与头部排气孔相连，与外环境相通。燃烧室尾部与尾部喷管相连，尾部喷管呈漏斗状与外环境相通。本发明的方案通过利用发射药在燃烧过程中产生的大量气体和推力，达到产生空泡，增加高速水下航行体的超空泡状态的维持时间同时持续提供推力。

摘要： 本发明公开了一种超空泡航行体尾部空泡半径计算方法。步骤1、初始条件：给定实际过程中的参数，并通过相关运算给出一些复合物理参数；步骤2、确定航行体尾部空泡截面扩张时间：根据空泡在空间位置xi处所扩张的时间t(xi)等于航行体头部空化器从xi处出发所运动的时间tk。建立相关等式，推导出tk的表达式；步骤3、Logvinovich独立扩张方程的离散：使用复化Simpson公式对Logvinovich独立扩张方程进行离散；步骤4、迭代方法：迭代采用空间迭代的方法，即空间某点从空泡发展一直计算至该位置空泡溃灭，再进行下一位置空泡截面的计算，对整个迭代进行划分，分为内层迭代和外层迭代。本发明的算法可以对航行体尾部空泡大小进行准确计算。

摘要： 本发明公开了一种基于势流理论小型超空泡航行体空泡变形的计算方法。包括：步骤1、坐标系建立，步骤2、复位势叠加，步骤3、k和Δx的确定，步骤4、动压场求解，步骤5、空泡变形的求解。本发明解决了在受限空间内，超空泡形态的计算问题，且本发明计算所得结果与试验结果具有高度一致性。