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超空泡火箭深水炸弹入水弹道研究

作　者: 赵保全
导　师: 张健
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: 超空泡火箭深水炸弹入水弹道理论分析数值模拟
分类号: TJ650.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 260次
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内容摘要

水中运动的物体,当其表面上任意点处的压力达到或接近于水的饱和蒸汽压时,溶解在水中的微气核重新逸出,在运动体表面不断形成充满水和水蒸气的空泡。空泡长度接近或超过物体的长度时称为超空泡。利用超空泡的减阻原理,实现水中兵器速度的突破具有重要意义。文中采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对某型号火箭深水炸弹入水中的流固耦合现象进行了分析,把入水弹道划分四个阶段,总结了每个阶段的特点;构建了入水弹道数学模型;利用FLUENT和LS-DYNA两个软件进行了流场分析,得到了该型号火箭深水炸弹在自然空化条件下的一些结论:在标准大气压下,σ=0.107是该型火箭深水炸弹的临界空化数;其空泡分离点位于头部稍后5～7.5cm的圆弧部位处,此位置是固定的,不随空化数的改变而改变:相同空化数下由于速度和环境压力的不同会有不同的空泡尺寸;随着空化数的减小,超空泡在弹体上的长度逐渐增大,总阻力系数逐渐减小,对于该种头型,其减阻能力可以达到52.3%～86.5%;深水炸弹入水的撞击压力,其值大小与入水速度相关,随入水速度的增加而增加;不同速度下,该型深水炸弹入水撞击压力持续时间为200微秒;该型深水炸弹的尾翼,在入水初期,使弹道出现不稳定。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 引言  11-12
  1.2 课题的来源及意义  12-13
  1.3 国内外超空泡武器研究情况及发展趋势  13-17
    1.3.1 国外研究情况  13-15
    1.3.2 国内研究情况  15-17
    1.3.3 超空泡武器发展趋势  17
  1.4 本文主要研究内容  17-18
第2章深水炸弹入水理论分析  18-34
  2.1 入水过程中的流固耦合  18-20
  2.2 流固耦合中的空化现象  20-21
    2.2.1 自然空化和空泡  20-21
    2.2.2 流动中的超空泡  21
  2.3 深水炸弹的入水弹道特点  21-22
  2.4 入水弹道理论分析  22-33
    2.4.1 入水坐标系的定义  22-23
    2.4.2 动力学方程  23-25
    2.4.3 空泡计算  25-29
    2.4.4 作用在弹体上的外力  29-33
    2.4.5 附加质量的计算  33
  2.5 小结  33-34
第3章基于FLUENT的深水炸弹水中空泡流场分析  34-59
  3.1 汽液两相流数学模型  34-38
    3.1.1 基本方程  34-36
    3.1.2 湍流模式  36-37
    3.1.3 湍流流动的近壁处理  37-38
  3.2 数值方法  38-43
    3.2.1 网格生成  38
    3.2.2 离散方法  38-42
    3.2.3 分离求解算法  42-43
  3.3 计算模型和数值方法的验证  43-45
  3.4 建模分析  45
  3.5 深水炸弹空化流场分析  45-53
    3.5.1 弹体上空泡起始点  45-47
    3.5.2 运动速度对空泡的影响  47-51
    3.5.3 不同环境压力下的空泡变化规律  51-53
  3.6 临界空化数  53-54
  3.7 超空泡的减阻能力分析  54-58
  3.8 小结  58-59
第4章基于LS-DYNA的深水炸弹入水载荷分析  59-80
  4.1 适用于流固耦合求解的功能分析  59-63
    4.1.1 数值方法  59-61
    4.1.2 流固耦合算法的实现方式  61-62
    4.1.3 罚函数约束的特点  62-63
  4.2 建立有限元模型  63-66
    4.2.1 单元类型和状态方程  63-64
    4.2.2 模型分析  64-66
  4.3 垂直入水载荷分析  66-70
    4.3.1 撞击压力计算  66-68
    4.3.2 撞击压力持续持续时间  68-70
  4.4 垂直入水中的空化及其对弹道影响  70-79
    4.4.1 微气核的空化  70
    4.4.2 弹体上空泡分离点位置  70-71
    4.4.3 空泡的形状  71-72
    4.4.4 回射流现象  72
    4.4.5 局部空泡对弹道的影响  72-76
    4.4.6 超空泡对弹道的作用  76-79
  4.5 小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读学位期间发表的学术论文和取得的科研成果  86-87
致谢  87

超空泡火箭深水炸弹入水弹道研究

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