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入水速度对冰孔约束下圆柱体倾斜入水过程的影响分析

鹿麟 杨哲 陈凯敏 程勇东 杨帅

鹿麟, 杨哲, 陈凯敏, 等. 入水速度对冰孔约束下圆柱体倾斜入水过程的影响分析[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(3): 474-481 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
引用本文: 鹿麟, 杨哲, 陈凯敏, 等. 入水速度对冰孔约束下圆柱体倾斜入水过程的影响分析[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(3): 474-481 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
LU Lin, YANG Zhe, CHEN Kaimin, CHENG Yongdong, YANG Shuai. Influence of Water Entry Speed on Oblique Water Entry Process of a Cylinder under Ice Hole Constraint[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(3): 474-481. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
Citation: LU Lin, YANG Zhe, CHEN Kaimin, CHENG Yongdong, YANG Shuai. Influence of Water Entry Speed on Oblique Water Entry Process of a Cylinder under Ice Hole Constraint[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(3): 474-481. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027

入水速度对冰孔约束下圆柱体倾斜入水过程的影响分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
基金项目: 国家自然科学基金项目(52201385).
详细信息
    作者简介:

    鹿麟:鹿 麟(1988-), 男, 博士, 副教授, 主要研究方向为结构物高速入水技术

  • 中图分类号: TJ630; U647

Influence of Water Entry Speed on Oblique Water Entry Process of a Cylinder under Ice Hole Constraint

  • 摘要: 针对极地环境下超空泡圆柱体入水问题, 基于雷诺平均方程引入流体体积模型, 结合重叠网格技术建立了冰孔约束下圆柱体入水数值仿真方法。在此基础上, 开展不同入水速度下圆柱体穿越冰孔入水过程仿真, 分析了圆柱体入水过程中的空泡演化与载荷特性。研究结果表明: 冰孔约束限制了孔内水域的流动, 进而改变了表面喷溅的状态及空泡壁的形态, 以至延迟了空泡表面闭合时间。随着入水速度的增大, 冰孔约束对空泡形态的限制作用基本一致, 圆柱体头部出现了更大范围的高压区域, 且呈现出非对称分布; 冰孔约束增大了圆柱体入水冲击载荷, 使得圆柱体水下速度加快衰减, 并促使圆柱体偏转角度大于无冰工况。研究结果可为极地超空泡武器入水稳定性提供参考。

     

  • 图  1  圆柱体数值模型

    Figure  1.  Numerical model of the cylinder

    图  2  冰板数值模型

    Figure  2.  Numerical model of the ice-plate

    图  3  计算域网格划分示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of the grid division of computational domain

    图  4  计算模型设置

    Figure  4.  Settings of the calculation model

    图  5  入水条件设置

    Figure  5.  Setting of water entry conditions

    图  6  不同网格密度下速度衰减曲线

    Figure  6.  Curves of velocity attenuation under different grid densities

    图  7  数值模型验证

    Figure  7.  Validation of the numerical model

    图  8  实验与仿真结果相对误差图

    Figure  8.  Relative error between experimental and simulation results

    图  9  入水空泡演化过程

    Figure  9.  Cavity evolution of the water entry process

    图  10  不同工况下入水空泡演化过程

    Figure  10.  Cavity evolution of the water entry process under different conditions

    图  11  压力场分布特性

    Figure  11.  Distribution characteristics of pressure field

    图  12  速度矢量对比

    Figure  12.  Comparison of velocity vector

    图  13  流场动力特性

    Figure  13.  Dynamic character of flow field

    图  14  入水初期受力示意图

    Figure  14.  Schematic diagram of force at initial water-entry stage

    图  15  无冰与冰孔约束下圆柱体受力对比

    Figure  15.  Comparison of forces on ice-free and ice-hole constrained cylinder

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-21
  • 修回日期:  2024-02-29
  • 录用日期:  2024-03-26
  • 网络出版日期:  2024-04-07

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