航行體跨音速斜射入水流動特性數值模擬研究

郝亮，劉濤濤,2，黃彪,2，王國玉,2

（1.北京理工大學 機械與車輛學院，北京 100081；2.北京理工大學 重慶創新中心，重慶 401120）

航行體入水流動特性及彈道特性等問題的研究一直是國內外在發展相關裝備研制過程中的焦點。其入水過程涉及到介質突變、湍動、相變等大量復雜流動，具有強瞬時性和非定常運動特性，是物體從空中彈道過渡到水下彈道的一個重要環節。入水過程包含的非定常流體力學問題，涉及到激波、自由液面和超空泡相互作用，還有跨音速跨介質運動造成的結構動態響應力學問題，對入水過程彈道穩定性和超空泡射彈結構具有很大的影響。入水過程是整個航行過程中流動現象和載荷最復雜、航行體姿態和彈道最不確定的非受控階段，尤其入水初期，介質突變、空泡演變過程和彈道特性的研究尤為重要。

Lundstrom對穿甲彈以跨音速800~1070 m/s入水過程開展了試驗研究，分析了入水空泡發展、潰滅的規律，并基于能量守恒推導出空泡預測半徑的公式。之后，Hrubes對超空泡射彈開展了以亞音速、跨音速以及超音速入水試驗，獲得了射彈在水中航行時空泡的形態，以及超音速航行時的水中激波現象。Owis等開發了一種基于Navier-Stokes方程求解可壓縮流動的數值計算方法，通過對繞半球體和圓錐體的空化流動進行數值模擬計算，驗證了數值方法的可行性。Gekle等對圓盤勻速垂直入水過程進行了試驗和數值模擬研究，針對伴隨空泡深閉合產生的跨音速射流形成過程建立了數學模型，數值模擬計算結果與試驗結果取得了較好的一致性。……