• 中国科技核心期刊
  • Scopus收录期刊
  • DOAJ收录期刊
  • JST收录期刊
  • Euro Pub收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

发射深度对水下航行体出筒点火过程的影响

刘尚 黄曦 王立航 刘平安 褚悦

刘尚, 黄曦, 王立航, 等. 发射深度对水下航行体出筒点火过程的影响[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0129
引用本文: 刘尚, 黄曦, 王立航, 等. 发射深度对水下航行体出筒点火过程的影响[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0129
LIU Shang, HUANG Xi, WANG Lihang, LIU Pingan, CHU Yue. The influence of launch depth on the ejection and ignition process of underwater vehicles[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0129
Citation: LIU Shang, HUANG Xi, WANG Lihang, LIU Pingan, CHU Yue. The influence of launch depth on the ejection and ignition process of underwater vehicles[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0129

发射深度对水下航行体出筒点火过程的影响

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0129
详细信息
    作者简介:

    刘尚:刘 尚(2000-), 男, 博士研究生, 主要研究方向为金属燃料发动机

  • 中图分类号: TJ630.1; U661.3

The influence of launch depth on the ejection and ignition process of underwater vehicles

  • 摘要: 水下发射航行体技术是水下航行器领域发展的重要方向, 其中航行体出筒点火过程是航行体弹射出筒与近筒口点火两阶段的耦合过程。该过程中, 高温高压燃气流与水环境耦合作用, 形成复杂多相流场, 同时航行体与发射筒壁面产生剧烈冲击, 引发载荷动态变化; 探究该过程的流动演化规律, 对完善水下发射理论体系具有重要意义。为探究深水环境下航行体出筒点火特性, 文中采用 Fluent 软件, 结合重叠网格技术与用户自定义函数(UDF)方法, 系统研究发射深度对该过程的影响规律。研究表明, 发射深度显著影响航行体出筒点火过程中的燃气射流演化及推力特性: 随发射深度增加, 发射筒出口燃气泡径向扩张受抑制, 航行体离筒后筒口卷吸效应显著增强, 燃气射流易发生断裂现象, 且喷管涡流会导致发动机推力损失。

     

  • 图  1  航行体出筒过程位移时间曲线对比

    Figure  1.  Comparison of displacement time curves in the process of launching vehicle

    图  2  微型固体发动机模型

    Figure  2.  Micro solid motor models

    图  3  二维轴对称燃烧室网格

    Figure  3.  2D axisymmetric combustor grid

    图  4  燃烧室压力随时间变化

    Figure  4.  Combustion chamber pressure versus time

    图  5  计算模型示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of calculation model

    图  6  计算流域网格划分

    Figure  6.  Mesh for the computational domain

    图  7  不同工况航行体位移变化曲线

    Figure  7.  Displacement change curves of navigation body under different working conditions

    图  8  不同工况航行体速度变化曲线

    Figure  8.  Velocity variation curves of vehicle under different working conditions

    图  9  航行体出筒过程受力变化曲线

    Figure  9.  Force variation curves during the ejection process of the vehicle from the tube

    图  10  航行体点火过程受力变化曲线

    Figure  10.  Force variation curves during the ignition process of the vehicle

    图  11  航行体头部压力变化曲线

    Figure  11.  Pressure variation curves of the vehicle's head

    图  12  航行体底部压力变化曲线

    Figure  12.  Pressure variation curves of the bottom of the vehicle

    图  13  不同深度出筒阶段燃气泡发展云图(0~79 ms)

    Figure  13.  Cloud chart of gas bubble development at different depths(0~79 ms)

    图  14  不同深度点火阶段燃气泡发展云图(79~115 ms)

    Figure  14.  Cloud chart of gas bubble development at different depth ignition stages(79~115 ms)

    图  15  不同工况点火时刻马赫数云图

    Figure  15.  Mach cloud chart at ignition time under different working conditions

    图  16  不同工况轴线马赫数变化

    Figure  16.  Mach number variation of axis under different working conditions

    图  17  工况4喷管出口处流动情况

    Figure  17.  Flow at nozzle outlet under condition 4

    表  1  推进剂参数

    Table  1.   Propellant parameters

    参数/单位数值
    燃速压强指数0.3
    燃速系数0.000 1
    推进剂燃气温度/(K)280 0
    平均摩尔质量/(g/mol)26
    推进剂定压比热容/(J/(kg·K))1 598.85
    燃气导热系数/(J/(m·K))0.16
    下载: 导出CSV

    表  2  不同发射水深下的计算工况表

    Table  2.   Calculation table under different launching water depths

    工况发射水深/(m)发射筒压差/(MPa)燃烧室设计压力/(MPa)
    #1100110
    #2150
    #3200
    #4250
    下载: 导出CSV
  • [1] YANG Y X, WANG M J, LIU J P, et al. A novel coupled algorithm for studying the performance character-istics of water ramjet in the flight of supercavitating vehicle[J]. Ocean Engineering, 2024, 309(2024): 118609. doi: 10.1016/j.oceaneng.2024.118609
    [2] 倪火才, 田秀英. 潜地弹道导弹水下发射系统的发展[J]. 舰载武器, 1996(4): 1-10.

    NI H C, TIAN X Y. Development of underwater launch systems for submarine-launched ballistic missiles[J]. Naval Weapons, 1996(4): 1-10.
    [3] 王洁, 王朕, 邓力, 等. 国外潜射弹道导弹的研究现状及关键技术[J]. 飞航导弹, 2015(10): 6-10. doi: 10.16338/j.issn.1009-1319.2015.10.02

    WANG J, WANG Z, DENG L, et al. Current research status and key technologies of foreign submarine-launched ballistic missiles[J]. Aerodynamic Missile Journal, 2015(10): 6-10. doi: 10.16338/j.issn.1009-1319.2015.10.02
    [4] 郑帮涛. 潜射导弹出水过程水弹道及流体动力研究进展[J]. 导弹与航天运载技术, 2010, 309(5): 8-11,55. doi: 10.3969/j.issn.1004-7182.2010.05.003

    ZHENG B T. Overview on hydroballistics and fluid dynamics of submarine-based missiles[J]. Missiles and Space Vehicles, 2010, 309(5): 8-11,55. doi: 10.3969/j.issn.1004-7182.2010.05.003
    [5] 王瑞臣, 杨海波, 孙东平. 潜射导弹发射方式综述[J]. 舰船电子工程, 2021, 41(4): 8-12. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2021.04.003

    WANG R C, YANG H B, SUN D P. Overview of the launch modes for submarine-launched missiles[J]. Ship Electronic Engineering, 2021, 41(4): 8-12. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2021.04.003
    [6] YAGLA J J. Concentric canister launcher[J]. Naval Engineers Journal, 1997, 109(3): 313-327. doi: 10.1111/j.1559-3584.1997.tb03220.x
    [7] LI D, SANKARAN V, LINDAU J, et al. A unified computational formulation for multi-component and multi-phase flows[C]//43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. Reno, USA: AIAA, 2005: 1-18.
    [8] WEILAND C J, VLACHOS P P, YAGLA J J. Concept analysis and laboratory observations on a water piercing missile launcher[J]. Ocean Engineering, 2010, 37(11-12): 959-965. doi: 10.1016/j.oceaneng.2010.03.009
    [9] 高娜. 导弹水下发射内流场的数值模拟[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2007.
    [10] 徐学文, 李恒, 白玉. 基于动网格层铺法的导弹垂直热发射数值仿真[J]. 舰船电子工程, 2022, 42(9): 98-101. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2022.09.021

    XU X W, LI H, BAI Y. Numerical simulation of missile vertical thermal launch based on moving grid layering method[J]. Ship Electronic Engineering, 2022, 42(9): 98-101. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2022.09.021
    [11] 邓佳. 导弹水下热发射多相流场与动力特性研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2015.
    [12] 邓佳, 毕世华, 李景须. 同心筒水下发射筒口气泡变化的数值模拟[J]. 四川兵工学报, 2015, 36(11): 26-28+64.

    DENG J, BI S H, LI J X. Numerical simulation of change of bubble in tube opening underwater launch using concentric canister structure[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2015, 36(11): 26-28, 64.
    [13] TINDELL R H. Computational fluid dynamic applications for jet propulsion system integration[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power-Transactions of the Asme, 1990, 113(1): 40-50.
    [14] SHAHEED R, MOHAMMADIAN A, GILDEH H K. A comparison of standard k-ε and realizable k-ε turbulence models in curved and confluent channels[J]. Environmental Fluid Mechanics, 2019, 2019(2): 543-568.
    [15] MIKKO M, VEIKKO T, SIRPA K. On the mixture model for multiphase flow[R]. Technical Research Centre of Finland Espoo, 1996.
    [16] ANSYS I. Ansys fluent user’s guide[M]. Canonsburg: Ansys Inc, 2020.
    [17] CHAN W. Overset grid technology development at NASA ames research center[J]. Computers & Fluids, 2009, 38(3): 496-503. doi: 10.1016/j.compfluid.2008.06.009
    [18] CHAN W, GOMEZ R, ROGERS S, et al. Best practices in overset grid generation[C]//32nd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit. St. Louis, USA: AIAA, 2002: 1-23.
    [19] 李强. 水下航行体连续垂直发射出筒过程多相流动特性研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2018.
    [20] 李慧慧. 水下热发射航行体出筒过程的数值模拟研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2024.
    [21] 孟凡策. 小型机器人水下发射装置内弹道建模与流场特性研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2022.
    [22] 文俊杰. 微纳卫星固体火箭发动机点火过程及内流场仿真研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2020.
    [23] 庄至栋. 固体火箭发动机水下点火过程研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2023.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  17
  • HTML全文浏览量:  10
  • PDF下载量:  4
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-16
  • 修回日期:  2025-10-25
  • 录用日期:  2025-10-30
  • 网络出版日期:  2026-01-19
图(17) / 表(2)

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号