超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究

刘喜燕，袁绪龙，王 鹰，罗 凯，汪新禹

西北工业大学 航海学院，西安 710072

0 引言

根据空泡截面独立扩张原理[1]，当航行体非定常运动时，位于空化器之后的航行体行进在独立膨胀的系列空泡截面形成的隧道中，航行体改变攻角时，新生成的空泡经过一段时间才能到达航行体尾部，改变沾湿面积，从而改变流体动力的大小。这个时间滞后，即为“超空泡航行体非定常流体动力的延迟效应”，简称“空泡延迟效应（Cavity-delay effect）”。

空泡延迟效应将在很大程度上影响主体空泡的流型和超空泡对航行体的包络性[2]。为了研究超空泡航行体的运动特性，在动力学建模时必须考虑空泡延迟效应。Kirschner 等[3]指出超空泡航行体的动力学特性展现出斜坡不连续的力学曲线和时间延迟效应，并分析了空泡延迟对航行体流体动力的影响。Goel[4]根据空泡截面独立扩张原理获取了超空泡航行体尾部滑行的非线性力，建立了考虑流体动力延迟效应的非线性动力学模型。罗凯等[5]基于超空泡的独立扩张原理，考虑了超空泡的时间延迟效应，提出了可以描述超空泡航行体机动航行特性的运动控制模型。李代金等[6]在超空泡时间延迟效应的基础上，建立了超空泡航行体空间运动模型。韩云涛等[7]针对航行体运动时存在的时滞问题，提出了一种状态空间预测控制方法，建立的预测模型对具有时滞特性的超空泡航行体控制效果良好。

如果延迟时间为零，航行体与空泡之间的相对位置关系与定常运动时相同。……