掠海飛行器主動觸水撞水力分析①

樊 征，劉瑩瑩

(西北工業大學航天學院，西安 710072)

0 引言

飛行器在入水過程中，由于其速度矢量在運動鉛垂面內具有速度分量，所以此時會產生與水面的碰撞［1－3］，把這種碰撞而產生的作用力稱撞水力。在研究撞水的受力過程時，通常將擊水物體等效為一個近似外形和體積的剛性鈍形體，并假設該物體僅沿一靜止半空間流場的法向運動，流體介質為理想的不可壓流，且流動有勢。但在實際分析過程中，仍存在一定的難點，主要包括流動區域不能預先確定;流場邊界分成了流固接觸面和自由表面兩部分，它們都是未知的，且自由表面的波動一般不是小幅度;待求變量與時間相關。

由于撞水過程的復雜性及上述難點的存在，目前對撞水力計算都是基于一定簡化假設條件進行的。歸納起來撞水力的計算方法主要有解析法、數值法［4－5］和實驗法。本文考慮到解析法具有機理明確、物理意義明顯等優點，在建立水上高速飛行器防浪滑板撞水力模型時采用這種方法進行撞水力的計算和分析。同時，為了進一步驗證理論式所得結果的可靠性，本文通過有限元法仿真并模擬飛行器撞水的全物理過程，仿真結果表明，解析法計算結果與有限元方法的偏差不超過8%，具有較高的可信度。

1 小斜升角楔形體撞水力計算模型

Von Karman和Wagner所提出的撞水力計算模型是針對小斜升角剛性楔形體的二維垂直對稱入水問題開展的，如圖1所示。同時，作出如下假設: