彈頭構型對水下射彈表面氣泡形態的影響

趙盛煒，趙博，張煥好，呂續建

（南京理工大學 a.瞬態物理國家重點實驗室 b.能源與動力學院，南京 210094）

射彈在空氣中容易實現高速飛行，但水的密度遠高于空氣密度，射彈在水下航行時很難實現高速運動。射彈在水下航行時，因其受到水的阻力較空氣阻力更高，航行阻力阻礙射彈提高航行速度和增大航行距離，從而產生額外能源消耗。水下航體所受的阻力主要由壓差阻力和黏性阻力組成，黏性阻力約占總阻力的90%，故對于水下射彈，想要提高有效射程和射擊精度，首要目標就是降低黏性阻力。巨大的阻力不僅意味著射彈需要攜帶更多的燃料來克服阻力影響，同時也導致了自身有效載荷的減小。彈頭構型的不同，能夠改變彈體外部液體邊界層的狀態，減小射彈航行阻力，優化射彈性能。因此，研究不同彈頭構型對水下射彈減阻效果的影響，對水下射彈的性能有十分重要的意義。早在蘇聯時期，許多蘇聯院校和科研機構就建設了多功能水池，并對在自由飛行和約束情況下的飛行體開展了試驗研究與分析。哈爾濱工業大學的郭建明、金大橋等也開展了水下射彈的試驗研究，并分別對水下航行體的形體結構進行了優化設計和可靠性分析。

對于水下航行體來說，通過射彈內部供氣，使高壓氣體通過微孔材料孔隙噴出，形成覆蓋在航行體表面的氣泡層，減小彈體與流體之間的摩擦力，是目前研究的熱點之一。本文采用微氣泡減阻的方式，微氣泡減阻是指在射彈內部的通氣，高壓氣體通過射彈表面微孔材料的孔隙噴出，向液體邊界層噴入微小氣泡，進而減小氣液界面介質密度和改變邊界層內湍流結構，從而達到減小射彈表面摩擦阻力的目的?！?br>