亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        自旋前伸空化回轉(zhuǎn)體高速斜入水穩(wěn)定性仿真研究

        2020-04-20 14:02:28張代國潘菲菲張曉樂
        數(shù)字海洋與水下攻防 2020年1期
        關(guān)鍵詞:頭型尖頭攻角

        張代國,潘菲菲,張曉樂,3

        (1.海裝武漢局駐鄭州地區(qū)軍事代表室,河南 鄭州 450015;2.鄭州機(jī)電工程研究所,河南 鄭州 450015;3.河南省水下智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州 450015)

        0 引言

        魚雷投放、深水炸彈投放、反潛導(dǎo)彈投放、破障炮彈打擊水下目標(biāo)、飛機(jī)水上迫降以及宇宙飛船的回收[1]等過程都涉及到結(jié)構(gòu)入水問題。由于結(jié)構(gòu)入水跨越空氣介質(zhì)和水介質(zhì),介質(zhì)環(huán)境發(fā)生了較大變化,結(jié)構(gòu)入水后的彈道性能成為該項(xiàng)研究的一個重要方向。入水沖擊問題常見于工程流體力學(xué)研究,早期結(jié)構(gòu)入水的水彈道研究是從不自旋的魚雷彈道開始的[2-3]。潘光等[4]對魚雷入水的載荷進(jìn)行了研究,給出了魚雷入水過程受力的動力學(xué)方程組,分析了入水沖擊壓力載荷峰值。魏照宇[5]等分析了回轉(zhuǎn)體高速垂直入水的沖擊特性及初期的彈道特性、軌跡與入水超空泡。A·May[6]對彈體入水特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。磯部孝[7]研究了常規(guī)兵器水下彈道的運(yùn)動規(guī)律并開展了大量的實(shí)驗(yàn),對彈丸入水跳彈的現(xiàn)象作了深入的分析并對彈丸的穩(wěn)定機(jī)理作了簡要分析。方城林等[8]利用動網(wǎng)格技術(shù),對5種不同頭型的軸對稱高速射彈垂直入水過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了射彈頭部線型,與入水速度衰減和入水阻力系數(shù)峰值的變化關(guān)系。顧建農(nóng)等[9]研究了球形與普通手槍2種彈丸傾斜入水的軌跡,發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)普通制式彈丸的入水彈道不穩(wěn)定,容易發(fā)生失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)。張偉等[10]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)截卵形彈體往往由于受力不均衡在入水后期發(fā)生偏轉(zhuǎn),卵形彈體則在入水前期即發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)入水問題非常復(fù)雜,除了水面跳彈外,入水結(jié)構(gòu)的水彈道容易發(fā)散或失穩(wěn)。

        本文采取了剛體 Lagrange結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和 Euler流場網(wǎng)格(L/E)耦合的數(shù)值仿真方法,對高速自旋回轉(zhuǎn)體由空氣高速斜入水進(jìn)行模擬仿真,研究尖頭回轉(zhuǎn)體入水的彈道特性。并探索通過對入水回轉(zhuǎn)體頭型進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,改善結(jié)構(gòu)入水彈道性能的途徑。

        1 前伸空化回轉(zhuǎn)體構(gòu)型

        常規(guī)炮射高速彈丸主要運(yùn)行在空氣介質(zhì)中,其流體動力頭型主要設(shè)計(jì)為空氣動力頭型。當(dāng)彈丸需要由空氣中發(fā)射入水,由于介質(zhì)性質(zhì)發(fā)生了變化,原空氣動力頭型已經(jīng)不能很好適用于彈丸入水過程。小型彈丸對于入水彈道的偏轉(zhuǎn)不十分敏感,但直徑較大的常規(guī)尖頭彈丸在入水跨介質(zhì)過程容易發(fā)生水下彈道偏斜和發(fā)散[7]。本文設(shè)計(jì)了一種跨氣-液介質(zhì)分段彈丸,該種彈丸頭部空化桿伸出,如圖1。入水時先由空化桿產(chǎn)生空泡,使得主彈體在入水過程中獲得較小的氣液界面沖擊面,獲得比較好的入水特性。

        圖1 前伸空化回轉(zhuǎn)體構(gòu)型Fig.1 Configuration of the self-spin forward-extended cavitating body

        2 控制方程及計(jì)算方法

        2.1 控制方程

        流體運(yùn)動采用Euler方法模擬,建立流體歐拉域??刂品匠贪ㄙ|(zhì)量、動量和能量守恒。

        質(zhì)量守恒:

        動量守恒:

        能量守恒:

        式中:ρ為材料密度;ui為速度分量;p為壓力;e為比內(nèi)能;sij為粘性偏應(yīng)力張量,sij=

        通過封閉容積分析并利用單點(diǎn)高斯積分,可得離散單元物理量(質(zhì)量、動量及能量)的線性函數(shù)的離散方程。

        解出單元形心處的各個物理量,可以根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系及狀態(tài)方程,進(jìn)一步計(jì)算出壓力等關(guān)系。

        2.2 耦合算法

        本計(jì)算中包括固體域和流體域2個計(jì)算域。固體域主要模擬回轉(zhuǎn)體,采用 Lagrange方法設(shè)置為剛體網(wǎng)格模擬。流體域包括海水和空氣所填充的Euler網(wǎng)格區(qū)域,采用Euler方法模擬。2個計(jì)算域相互重疊,Lagrange網(wǎng)格結(jié)構(gòu)外部定義一封閉耦合面,用于傳遞2種計(jì)算域之間的作用力。對結(jié)構(gòu)沖擊動力分析的每一時間步都判斷結(jié)構(gòu)域流體間的接觸狀態(tài),隨著沖擊的進(jìn)行,接觸面的邊界在發(fā)生著變化,整個入水過程包含材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等一系列強(qiáng)非線性迭代。

        3 計(jì)算模型

        3.1 回轉(zhuǎn)體及流場模型

        回轉(zhuǎn)體模型包括尖頭回轉(zhuǎn)體和前伸空化回轉(zhuǎn)體2種?;剞D(zhuǎn)體均建立全三維模型,采用Lagrange網(wǎng)格離散,并設(shè)置為剛體。為描述三維彈道,回轉(zhuǎn)體6個自由度不固定。尖頭回轉(zhuǎn)體頭部采用常見的尖頭配圓柱回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),如圖2所示。前伸空化回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)包括前端的空化桿、雙曲線頭型和后圓柱段,如圖3所示。2種回轉(zhuǎn)體軸線均在X-Z平面內(nèi),入水角度為坐標(biāo)系X負(fù)向偏Z負(fù)向45°,入水速度按400 m/s計(jì),回轉(zhuǎn)體入水前繞回轉(zhuǎn)軸線自旋,自旋速度為6 500 r/min。

        圖2 尖頭回轉(zhuǎn)體模型Fig.2 Model of the pointed-head self-spin body

        圖3 前伸空化回轉(zhuǎn)體模型Fig.3 Model of the self-spin forward-extended cavitating body

        3.2 流場模型

        流場區(qū)域尺寸5 m×2 m×5 m。其中上部1 m深為1個大氣壓的空氣介質(zhì),下部4 m深為水介質(zhì)。流場區(qū)域邊界均為壓力邊界,水介質(zhì)壓力邊界隨水深進(jìn)行壓力賦值?;剞D(zhuǎn)體初始位置在空氣中,頭部45°斜向下接近水面,回轉(zhuǎn)體有4 m×2 m×4 m的水中初始彈道模擬區(qū)域。計(jì)算區(qū)域及邊界條件如圖 4所示。為保證計(jì)算精度,在回轉(zhuǎn)體運(yùn)行軌跡區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密,見圖5。

        圖4 計(jì)算域及邊界條件Fig.4 Computational domain and boundary conditions

        圖5 流場計(jì)算網(wǎng)格Fig.5 The mesh of fluid flow computation

        4 仿真結(jié)果與分析

        4.1 尖頭回轉(zhuǎn)體斜入水初始彈道及姿態(tài)

        圖6給出了尖頭回轉(zhuǎn)體頭部初始入水后空化開啟的狀態(tài)圖。從彈道模擬可以看出,入水一定距離后,回轉(zhuǎn)體質(zhì)心彈道開始發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn),如圖7所示。除了質(zhì)心軌跡偏轉(zhuǎn)外,回轉(zhuǎn)體攻角變化更為顯著。入水后攻角一直增大,運(yùn)行中程攻角增大到了90°,姿態(tài)失穩(wěn)嚴(yán)重,如圖8所示。

        圖6 尖頭回轉(zhuǎn)體初始入水側(cè)視狀態(tài)Fig.6 Side view of initial water entry of pointed-head self-spin body

        圖7 尖頭回轉(zhuǎn)體入水過程中側(cè)視狀態(tài)Fig.7 Side view of pointed-head self-spin body in the course of water entry

        圖8 尖頭回轉(zhuǎn)體入水過程中前視狀態(tài)Fig.8 Front view of pointed-head self-spin body in the course of water entry

        4.2 流場網(wǎng)格密度影響分析

        為了評估網(wǎng)格密度對計(jì)算結(jié)果的影響,將回轉(zhuǎn)體彈道區(qū)域流場網(wǎng)格加密30%。對比加密模型與原網(wǎng)格模型,X向質(zhì)心位移變化小于0.29%,攻角變化小于1.5%,說明網(wǎng)格密度對計(jì)算結(jié)果影響較小,如圖9和圖10。

        圖9 尖頭回轉(zhuǎn)體網(wǎng)格加密前后質(zhì)心X向位移變化Fig.9 Centroid displacement in X-direction of pointed-head self-spin body before and after increasing the dense of mesh

        圖10 尖頭回轉(zhuǎn)體網(wǎng)格加密前后攻角變化Fig.10 Conversion of attack angle of pointed-head self-spin body before and after increasing the dense of mesh

        4.3 前伸空化回轉(zhuǎn)體斜入水初始水彈道及姿態(tài)

        通過尖頭回轉(zhuǎn)體入水?dāng)?shù)值模擬可知,入水后回轉(zhuǎn)體彈道將發(fā)生偏轉(zhuǎn),姿態(tài)也有較大變化。為使入水彈道可控,主要對回轉(zhuǎn)體頭型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。主要包括2點(diǎn):1)將原回轉(zhuǎn)體尖頭變?yōu)闄E圓曲線頭型;2)在橢圓曲線頭型上伸出固定的空化桿。圖11給出了尖頭回轉(zhuǎn)體頭部初始入水后空化開啟的狀態(tài)圖,可以看出,空化桿在橢圓頭型完全入水前已經(jīng)產(chǎn)生了較為飽滿的空泡。

        圖11 前伸空化回轉(zhuǎn)體初始入水側(cè)視狀態(tài)Fig.11 Side view of initial water entry of self-spin forward-extended cavitating body

        圖12 尖頭與前伸空化回轉(zhuǎn)體質(zhì)心X向位移對比Fig.12 Comparison of centroid displacement in X-direction between pointed-head self-spin body and self-spin forward-extended cavitating body

        圖13 尖頭與前伸空化回轉(zhuǎn)體質(zhì)心Y向位移對比Fig.13 Comparison of centroid displacement in Y-dirction between pointed-head self-spin body and self-spin forward-extended cavitating body

        進(jìn)一步仿真模擬得出了前伸空化回轉(zhuǎn)體入水后質(zhì)心初始彈道和入水后攻角的變化,尖頭與前伸空化回轉(zhuǎn)體3個坐標(biāo)彈道軌跡對比見圖12、圖13和圖14,攻角變化對比見圖15。從彈道模擬可以看出,前伸空化回轉(zhuǎn)體入水后相對于尖頭各個方向速度衰減較小,到離開計(jì)算域前,其軌跡基本為直線,見圖16和圖17。前伸空化回轉(zhuǎn)體攻角有輕微變化,且隨時間變化攻角趨于穩(wěn)定。頭型改進(jìn)后,回轉(zhuǎn)體入水彈道穩(wěn)定性得到了很好的改善。

        圖14 尖頭與前伸空化回轉(zhuǎn)體質(zhì)心Z向位移對比Fig.14 Comparison of centroid displacement in Z-dirction between pointed-head self-spin body and self-spin forward-extended cavitating body

        圖15 尖頭與前伸空化回轉(zhuǎn)體入水攻角對比Fig.15 Comparison of attack angle for the self-spin body between pointed-head self-spin body and self-spin forward-extended cavitating body

        圖16 前伸空化回轉(zhuǎn)體入水中側(cè)視狀態(tài)Fig.16 Side view of self-spin forward-extended cavitating body in the course of water entry

        圖17 前伸空化回轉(zhuǎn)體入水中前視狀態(tài)Fig.17 Front view of self-spin forward-extended cavitating body in the course of water entry

        5 結(jié)束語

        本文采用Lagrange結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和Euler 流場網(wǎng)格耦合的方法,對尖頭回轉(zhuǎn)體和前伸空化回轉(zhuǎn)體高速自旋傾斜45°入水初始彈道進(jìn)行了數(shù)值模擬。仿真結(jié)果表明:尖頭回轉(zhuǎn)體初始彈道入水后很快發(fā)射偏轉(zhuǎn),入水3 m后攻角超過90°,出現(xiàn)嚴(yán)重的姿態(tài)失穩(wěn)。前伸空化回轉(zhuǎn)體入水4 m深度范圍內(nèi)速度衰減較小,初始彈道穩(wěn)定,攻角有輕微變化后趨于穩(wěn)定。前伸空化回轉(zhuǎn)體具有較高的水下彈道穩(wěn)定性。

        猜你喜歡
        頭型尖頭攻角
        高速列車頭型的譜系化預(yù)測與設(shè)計(jì)
        包裝工程(2023年16期)2023-08-25 11:36:06
        風(fēng)標(biāo)式攻角傳感器在超聲速飛行運(yùn)載火箭中的應(yīng)用研究
        某輕型客車行人頭型碰撞保護(hù)研究
        大攻角狀態(tài)壓氣機(jī)分離流及葉片動力響應(yīng)特性
        高速列車頭型多目標(biāo)氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)
        附加攻角效應(yīng)對顫振穩(wěn)定性能影響
        振動與沖擊(2015年2期)2015-05-16 05:37:34
        民用飛機(jī)攻角傳感器安裝定位研究
        尖頭松糕鞋
        黃山九龍峰保護(hù)區(qū)尖頭鱥的年齡、生長和繁殖
        熱門靴 拼尖頭
        優(yōu)雅(2014年2期)2014-02-24 10:08:36
        国产乱人视频在线观看播放器| av无码av天天av天天爽| 国产成人啪精品视频免费软件| 成人欧美在线视频| 久久综合激激的五月天| 国产三级黄色大片在线免费看| 麻豆免费观看高清完整视频| 欧美熟妇精品一区二区三区| 日韩在线不卡一区在线观看| 日本精品人妻一区二区| 免费大片黄国产在线观看| 精品国产一区二区三区av 性色| 日韩精品欧美激情亚洲综合| 国产剧情亚洲一区二区三区| 亚洲最大成人网站| 18成人片黄网站www| 天堂av一区二区在线观看| 自拍偷区亚洲综合激情| 日本一道综合久久aⅴ免费| 欧美日本国产va高清cabal| 亚洲AV无码一区二区三区少妇av | a级黑人大硬长爽猛出猛进 | 亚洲桃色视频在线观看一区| 国产激情久久久久影院老熟女| 国产尻逼视频| 经典亚洲一区二区三区| 亚洲av日韩av激情亚洲| 自慰无码一区二区三区| 中文字幕久久精品波多野结百度| 99久久婷婷国产精品综合网站| 少妇人妻中文字幕hd| 无码毛片aaa在线| 久久精品国产亚洲av热明星| 91久久综合精品久久久综合| 99亚洲男女激情在线观看| 无码日日模日日碰夜夜爽| 99精品久久这里只有精品| 男人的av天堂狠狠操| 东京热加勒比国产精品| 国产精品久久久亚洲| 色婷婷日日躁夜夜躁|