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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, xxxx, x(x): x-xx 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, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
LU Lin, YANG Zhe, CHEN Kaimin, CHENG Yongdong, YANG Shuai. Analysis of Effects of Speed on Oblique Water Entry Process of a Cylinder Under Ice-Hole Constraint[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
Citation: LU Lin, YANG Zhe, CHEN Kaimin, CHENG Yongdong, YANG Shuai. Analysis of Effects of Speed on Oblique Water Entry Process of a Cylinder Under Ice-Hole Constraint[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. 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: TJ012.3; TJ630

Analysis of Effects of Speed on Oblique Water Entry Process of a Cylinder Under Ice-Hole Constraint

  • 摘要: 近年来超空泡技术受到了国内外学者的广泛关注, 而极地冰区必然会对超空泡射弹的空泡演化及运动特性产生显著影响。针对极地环境下超空泡武器入水问题, 基于N-S方程引入VOF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的模拟仿真, 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, 以致空泡壁与孔壁直接接触, 从而使得背水面空泡壁呈弯曲状。同时, 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。然而, 随着圆柱体入水速度增大, 近壁面效应致使背水面空泡壁弯曲程度基本相似。此外, 圆柱体入水冲击载荷亦随之增大, 造成圆柱体水下速度更快衰减, 以及偏转角度逐渐增大。研究在冰孔约束下入水速度对于空泡演化及运动特性的影响规律, 可为极地超空泡武器入水稳定性提供一定的参考依据。

     

  • 图  1  圆柱体数值模型

    Figure  1.  Numerical model of the cylinder

    图  2  数值冰板模型

    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

    图  4  计算模型设置

    Figure  4.  Calculation model settings

    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.  Velocity attenuation curve under different grid density

    图  7  数值模型验证

    Figure  7.  Validation of the numerical method

    图  8  实验与仿真相对误差图

    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.  Velocity vector comparison

    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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