浅水区串联航行体超空泡流动特性研究

周 栋,施红辉,周东辉,张程伟,王焯锴

(浙江理工大学 机械与自动控制学院,浙江 杭州 310018)

航行体在水下高速运动时形成的超空泡显著降低了航行体所受的水的黏性阻力,使航行体能够获得90%以上的减阻量,航行体的速度因此得到极大的提升[1]。因此,超空泡在国防军事方面(水下兵器领域)有着重要的应用,一直是高速水动力学领域研究的热点之一。

目前,对于水下及近自由面下的超空泡流动研究已经有了很多的结果。NOURI等[2]采用边界元法对超空泡势流进行了数值研究,提出了一种求解二维对称流动空腔边界的迭代算法,可以与边界元法或其他数值方法相结合来预测超空泡流动的特性。易文俊等[3]研究了不同空化器结构以及不同空化数下的水下射弹超空泡的形态特性。胡雨博等[4]对76 mm直径高速射弹进行了数值模拟,分析了不同速度下超空泡的演化规律以及阻力特性。施红辉等开展了高速射弹水平入水实验并分析了水深和弹体长径比对超空泡弹体阻力系数及空泡形状的影响[5];模拟了不同表面凹槽数的水下航行体的超空泡流场,得出凹槽数增加会导致超空泡外形轮廓变小[6];研究了水平运动超空泡在近自由面区域的水动力学特性,分析得出深水区自然超空泡的外部轮廓近似一个椭圆,而浅水区自然超空泡的外部轮廓具有非对称性[7]。王一伟等针对水下航行体云状空化问题,开展了实验和相关数值模拟,并通过数值模拟结果验证了预测公式的有效性[8];还进一步研究了近自由面轴对称弹丸的云状空化现象[9]。……