空气压强对垂直入水空泡影响的数值研究

王 聪，何春涛，权晓波，魏英杰

(1.哈尔滨工业大学航天学院，150001哈尔滨;2.中国运载火箭技术研究院总体设计部，100076北京)

物体高速入水时，在水面打开的1个开口空腔，称为入水空泡.入水空泡的生成、发展以及溃灭过程，涉及流固耦合、介质突变、自然空化以及强非线性等，是1个非常复杂的过程，尤其会对空投鱼雷、导弹、超空泡射弹等入水瞬间的流体动力特性和水下弹道的稳定性产生较大的影响.对入水问题的研究最早可以追溯到十九世纪末A.M.Worthington和R.S.Cole［1］所开展的关于液滴和球体等物体入水时引起的自由液面喷溅和入水空泡的研究等.1929年Von K［2］在不考虑重力、水的粘性力以及空气惯性力的基础之上完成了飞机水面降落冲击载荷的研究.上世纪50年代Albert May等［3-7］在美国海军的支持下开展了大量关于入水问题的基础研究，主要研究内容包括垂直和倾斜入水空泡、流体动力、入水撞击和入水弹道等.1968年J.G.Waugh［8］等人在美国水下海军作战中心的支持下基于弗劳德数和空气密度等参数的相似性，完成了不同头型的Mk25空投鱼雷缩比模型倾斜入水的实验研究.Albert May［7］和David Gilbarg等［9］提出将空气压强与标准大气压强的比值，或密度与标准大气压强下空气密度的比值作为入水空泡闭合前的空泡动力相似参数，并对不同压强和密度条件下的球体低速入水空泡形态进行了试验研究.研究表明空气压强对入水空泡的运动特性和空泡闭合方式等具有不可忽略的影响，因此空气压强……