跨声速超空泡射弹的弹道特性研究
发布时间：2022-05-02 22:34
超空泡减阻是水下航行器减阻模式的一次革命性创新,借助全新的流动模式和设计理念,航行器几乎完全被超空泡包裹,可获得显著的减阻效果,航行速度得以大幅提升,甚至可超越水中声速。基于超空泡减阻技术的射弹是一种由机/舰载火炮发射的武器系统,可快速拦截鱼雷、击毁水雷、破除水下障碍和猎杀蛙人,用于水面舰的近程防御效果显著。超空泡射弹具有发射迅捷、性价比高、杀伤力强等特点,可针对近水面威胁实现跨介质精确打击,应用前景广阔。然而,由于涉及跨介质和跨声速问题,超空泡射弹在不同航行阶段的受力机理、稳定机制和运动规律存在极大的差异,给理论研究带来了挑战。在明确各航行阶段的力学和运动学问题的基础上,开展超空泡射弹的弹道特性研究,进一步完善相关的理论体系,对于该武器系统的工程应用意义重大。本文综合运用数值模拟、理论分析和试验研究的方法,研究了跨声速超空泡射弹在全弹道运动过程中的流场数值模拟方法、流体动力特性、动力学模型及仿真技术,根据动力学模型的弹道仿真计算、基于商用CFD软件的流场-运动耦合模拟和对于全尺寸模型的试验测试得到的结果具有良好的一致性。主要研究工作及创新点如下:（1）建立了水下跨声速超空化流动的数值...
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的来源、研究背景及意义
1.1.1 课题的来源
1.1.2 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文的主要内容
1.4 论文的组织结构
第二章 跨声速/介质超空化流动的数值方法研究
2.1 超空泡射弹的全弹道流场数值方法概述
2.1.1 流场基本控制方程
2.1.2 湍流模型及近壁面处理方法
2.1.3 空化模型
2.1.4 可压缩液体的物性方程
2.1.5 运动参考系与移动计算域技术
2.1.6 计算域选取、网格划分与边界条件
2.2 空中高速流动的数值方法
2.2.1 空中高速流动数值方法的试验验证
2.2.2 空中高速流动数值方法的网格无关性分析
2.3 射弹高速入水流动的数值方法
2.3.1 高速入水流动数值方法的试验验证
2.3.2 高速入水流动数值方法的网格无关性分析
2.4 跨声速超空化流动的数值方法
2.4.1 超空化流动数值方法的经验公式验证
2.4.2 超空化流动数值方法的试验验证
2.4.3 超空化流动数值方法的网格无关性分析
2.5 本章小结
第三章 跨声速超空化流场的数值模拟研究
3.1 跨声速超空化流场的空泡流型和阻力特性
3.1.1 液体压缩性对超空化流动的影响
3.1.2 空化数对超空化流动的影响
3.1.3 马赫数对超空化流动的影响
3.1.4 加速度对超空化流动的影响
3.1.5 跨声速流场中空泡流型及阻力特性的描述方法
3.2 水下弹道超空泡射弹流体动力特性的数值研究
3.2.1 水下弹道超空泡射弹的受力特性及其解算方案
3.2.2 超空泡射弹位置力特性的数值计算
3.2.3 超空泡射弹阻尼力特性的数值计算
3.2.4 超空泡射弹惯性力特性的数值计算
3.3 水下弹道超空泡射弹受力特性的数学描述
3.3.1 超空泡射弹的位置力特性
3.3.2 超空泡射弹的阻尼力特性
3.3.3 超空泡射弹的惯性力特性
3.4 本章小结
第四章 跨声速超空泡射弹的水下弹道特性研究
4.1 水下弹道的参数定义及射弹的受力分析
4.1.1 坐标系统及运动参数的定义
4.1.2 水下弹道超空泡射弹的受力分析
4.2 考虑“空泡延迟”的水下弹道动力学模型
4.2.1 实际超空泡的轴线偏移特性
4.2.2 “空泡延迟”效应的分析与描述
4.2.3 水下弹道超空泡射弹的空间运动方程组
4.2.4 超空泡射弹水下弹道的失效判据
4.3 水下弹道超空泡射弹动力学模型的验证
4.3.1 流体动力预报方法的验证
4.3.2 流场模拟与运动仿真耦合的数值方法
4.3.3 超空泡射弹水下弹道的仿真及模型验证
4.4 水下弹道超空泡射弹的运动特性
4.4.1 水下弹道超空泡射弹的空间运动特性
4.4.2 超空泡射弹水下弹道的特性分析
4.4.3 超空泡射弹水下减速特性的预估方法
4.5 本章小结
第五章 超空泡射弹的空中及入水弹道特性研究
5.1 空中弹道超空泡射弹的受力分析及动力学模型
5.1.1 空中弹道超空泡射弹的受力分析
5.1.2 空中弹道超空泡射弹的动力学模型
5.2 超空泡射弹在空中的气动力特性及运动仿真
5.2.1 空中弹道超空泡射弹气动力特性的求解策略
5.2.2 空中弹道超空泡射弹气动力特性的数值计算
5.2.3 超空泡射弹空中弹道的运动特性研究
5.2.4 初始发射条件对入水状态的影响规律
5.3 超空泡射弹入水过程的数值模拟研究
5.3.1 超空泡射弹入水弹道的范围
5.3.2 超空泡射弹在入水过程中的空泡特性
5.3.3 超空泡射弹在入水过程中的流体动力特性
5.4 超空泡射弹入水弹道的运动特性研究
5.4.1 超空泡射弹在入水过程中的动力学模型
5.4.2 超空泡射弹入水弹道的仿真及验证
5.4.3 超空泡射弹入水弹道的运动特性分析
5.5 本章小结
第六章 超空泡射弹的全弹道仿真及运动特性研究
6.1 超空泡射弹的全弹道仿真及试验验证
6.1.1 超空泡射弹的全弹道运动仿真技术
6.1.2 全尺寸模型的平射试验
6.1.3 平射弹道的仿真计算及试验验证
6.2 超空泡射弹的全弹道运动特性研究
6.2.1 超空泡射弹的全弹道运动参数演变规律
6.2.2 初始条件对超空泡射弹综合效能的影响规律
6.3 本章小结
第七章 总结及展望
7.1 全文总结
7.2 论文主要创新点
7.3 未来研究工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同扰动角速度高速射弹入水弹道特性[J]. 李佳川,魏英杰,王聪,邓环宇. 哈尔滨工业大学学报. 2017(04)
[2]高速射弹超空泡流动的重力和压缩性效应[J]. 孟庆昌,张志宏,李启杰. 爆炸与冲击. 2016(06)
[3]美国“超高速射弹”发展情况分析[J]. 贾晨阳. 军事文摘. 2016(17)
[4]液体可压缩性对超空化流动的影响[J]. 黄闯,罗凯,白杰,王致强,蒋彬. 上海交通大学学报. 2016(08)
[5]跨声速运动对射弹阻力及空化特性的影响[J]. 黄闯,党建军,李代金,罗凯. 兵工学报. 2016(08)
[6]基于非定常CFD的俯仰动导数计算方法[J]. 伍彬,陆韵,周志超,傅建明. 弹道学报. 2016(02)
[7]不同攻角对尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳过程影响分析[J]. 张学伟,李强,高斌,李博,王磊. 弹箭与制导学报. 2016(03)
[8]提高尾翼稳定脱壳穿甲弹威力的技术研究[J]. 崔瀚,张程健,毕叶,李俊杰. 福建质量管理. 2016(05)
[9]喷水推进系统在浅水高速工况下适应性问题的数值分析[J]. 苑龙飞,罗凯,蒋彬,王致强. 水动力学研究与进展A辑. 2016(02)
[10]飞行器动态稳定性参数计算方法研究进展[J]. 刘绪,刘伟,柴振霞,杨小亮. 航空学报. 2016(08)
博士论文
[1]高速射弹入水过程多相流场特性研究[D]. 马庆鹏.哈尔滨工业大学 2014
[2]通气超空泡流动及航行体流体动力数值模拟研究[D]. 周景军.哈尔滨工业大学 2011
[3]超空泡航行体的数学建模与控制方法研究[D]. 王茂励.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]超空泡高速鱼雷技术综合分析[D]. 赵卫.哈尔滨工程大学 2005
本文编号：3650089
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的来源、研究背景及意义
1.1.1 课题的来源
1.1.2 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文的主要内容
1.4 论文的组织结构
第二章 跨声速/介质超空化流动的数值方法研究
2.1 超空泡射弹的全弹道流场数值方法概述
2.1.1 流场基本控制方程
2.1.2 湍流模型及近壁面处理方法
2.1.3 空化模型
2.1.4 可压缩液体的物性方程
2.1.5 运动参考系与移动计算域技术
2.1.6 计算域选取、网格划分与边界条件
2.2 空中高速流动的数值方法
2.2.1 空中高速流动数值方法的试验验证
2.2.2 空中高速流动数值方法的网格无关性分析
2.3 射弹高速入水流动的数值方法
2.3.1 高速入水流动数值方法的试验验证
2.3.2 高速入水流动数值方法的网格无关性分析
2.4 跨声速超空化流动的数值方法
2.4.1 超空化流动数值方法的经验公式验证
2.4.2 超空化流动数值方法的试验验证
2.4.3 超空化流动数值方法的网格无关性分析
2.5 本章小结
第三章 跨声速超空化流场的数值模拟研究
3.1 跨声速超空化流场的空泡流型和阻力特性
3.1.1 液体压缩性对超空化流动的影响
3.1.2 空化数对超空化流动的影响
3.1.3 马赫数对超空化流动的影响
3.1.4 加速度对超空化流动的影响
3.1.5 跨声速流场中空泡流型及阻力特性的描述方法
3.2 水下弹道超空泡射弹流体动力特性的数值研究
3.2.1 水下弹道超空泡射弹的受力特性及其解算方案
3.2.2 超空泡射弹位置力特性的数值计算
3.2.3 超空泡射弹阻尼力特性的数值计算
3.2.4 超空泡射弹惯性力特性的数值计算
3.3 水下弹道超空泡射弹受力特性的数学描述
3.3.1 超空泡射弹的位置力特性
3.3.2 超空泡射弹的阻尼力特性
3.3.3 超空泡射弹的惯性力特性
3.4 本章小结
第四章 跨声速超空泡射弹的水下弹道特性研究
4.1 水下弹道的参数定义及射弹的受力分析
4.1.1 坐标系统及运动参数的定义
4.1.2 水下弹道超空泡射弹的受力分析
4.2 考虑“空泡延迟”的水下弹道动力学模型
4.2.1 实际超空泡的轴线偏移特性
4.2.2 “空泡延迟”效应的分析与描述
4.2.3 水下弹道超空泡射弹的空间运动方程组
4.2.4 超空泡射弹水下弹道的失效判据
4.3 水下弹道超空泡射弹动力学模型的验证
4.3.1 流体动力预报方法的验证
4.3.2 流场模拟与运动仿真耦合的数值方法
4.3.3 超空泡射弹水下弹道的仿真及模型验证
4.4 水下弹道超空泡射弹的运动特性
4.4.1 水下弹道超空泡射弹的空间运动特性
4.4.2 超空泡射弹水下弹道的特性分析
4.4.3 超空泡射弹水下减速特性的预估方法
4.5 本章小结
第五章 超空泡射弹的空中及入水弹道特性研究
5.1 空中弹道超空泡射弹的受力分析及动力学模型
5.1.1 空中弹道超空泡射弹的受力分析
5.1.2 空中弹道超空泡射弹的动力学模型
5.2 超空泡射弹在空中的气动力特性及运动仿真
5.2.1 空中弹道超空泡射弹气动力特性的求解策略
5.2.2 空中弹道超空泡射弹气动力特性的数值计算
5.2.3 超空泡射弹空中弹道的运动特性研究
5.2.4 初始发射条件对入水状态的影响规律
5.3 超空泡射弹入水过程的数值模拟研究
5.3.1 超空泡射弹入水弹道的范围
5.3.2 超空泡射弹在入水过程中的空泡特性
5.3.3 超空泡射弹在入水过程中的流体动力特性
5.4 超空泡射弹入水弹道的运动特性研究
5.4.1 超空泡射弹在入水过程中的动力学模型
5.4.2 超空泡射弹入水弹道的仿真及验证
5.4.3 超空泡射弹入水弹道的运动特性分析
5.5 本章小结
第六章 超空泡射弹的全弹道仿真及运动特性研究
6.1 超空泡射弹的全弹道仿真及试验验证
6.1.1 超空泡射弹的全弹道运动仿真技术
6.1.2 全尺寸模型的平射试验
6.1.3 平射弹道的仿真计算及试验验证
6.2 超空泡射弹的全弹道运动特性研究
6.2.1 超空泡射弹的全弹道运动参数演变规律
6.2.2 初始条件对超空泡射弹综合效能的影响规律
6.3 本章小结
第七章 总结及展望
7.1 全文总结
7.2 论文主要创新点
7.3 未来研究工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同扰动角速度高速射弹入水弹道特性[J]. 李佳川,魏英杰,王聪,邓环宇. 哈尔滨工业大学学报. 2017(04)
[2]高速射弹超空泡流动的重力和压缩性效应[J]. 孟庆昌,张志宏,李启杰. 爆炸与冲击. 2016(06)
[3]美国“超高速射弹”发展情况分析[J]. 贾晨阳. 军事文摘. 2016(17)
[4]液体可压缩性对超空化流动的影响[J]. 黄闯,罗凯,白杰,王致强,蒋彬. 上海交通大学学报. 2016(08)
[5]跨声速运动对射弹阻力及空化特性的影响[J]. 黄闯,党建军,李代金,罗凯. 兵工学报. 2016(08)
[6]基于非定常CFD的俯仰动导数计算方法[J]. 伍彬,陆韵,周志超,傅建明. 弹道学报. 2016(02)
[7]不同攻角对尾翼稳定脱壳穿甲弹脱壳过程影响分析[J]. 张学伟,李强,高斌,李博,王磊. 弹箭与制导学报. 2016(03)
[8]提高尾翼稳定脱壳穿甲弹威力的技术研究[J]. 崔瀚,张程健,毕叶,李俊杰. 福建质量管理. 2016(05)
[9]喷水推进系统在浅水高速工况下适应性问题的数值分析[J]. 苑龙飞,罗凯,蒋彬,王致强. 水动力学研究与进展A辑. 2016(02)
[10]飞行器动态稳定性参数计算方法研究进展[J]. 刘绪,刘伟,柴振霞,杨小亮. 航空学报. 2016(08)
博士论文
[1]高速射弹入水过程多相流场特性研究[D]. 马庆鹏.哈尔滨工业大学 2014
[2]通气超空泡流动及航行体流体动力数值模拟研究[D]. 周景军.哈尔滨工业大学 2011
[3]超空泡航行体的数学建模与控制方法研究[D]. 王茂励.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]超空泡高速鱼雷技术综合分析[D]. 赵卫.哈尔滨工程大学 2005
本文编号：3650089
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