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截锥体低速入水实验研究

截锥体低速入水实验研究

作者：罗驭川南京理工大学

学位级别：硕士

近些年来,运动体入水已逐渐成为热门研究方向,而其中最受关注的是运动体的运动规律以及伴随运动体入水的空泡姿态变化规律。入水空泡是一种复杂有趣的物理现象,空泡的形成、扩张、闭合、溃灭等会影响运动体入水航行的流体动力学特性,进... 详细信息

近些年来,运动体入水已逐渐成为热门研究方向,而其中最受关注的是运动体的运动规律以及伴随运动体入水的空泡姿态变化规律。入水空泡是一种复杂有趣的物理现象,空泡的形成、扩张、闭合、溃灭等会影响运动体入水航行的流体动力学特性,进而引起航行姿态和运动特性的变化,反过来航行姿态和运动特性的变化又会对空泡的演变产生重要影响,因此,对其进行耦合研究是研制超空泡射弹等跨介质弹药的基础。研究表明,运动体头型是影响空泡演变和运动规律的重要因素之一,不同头型运动体的入水空泡和运动参数差异较大,研究不同头型运动体入水过程具有重要意义。本文对国内外近几十年来对于入水空泡方面的研究进行归纳总结,对空泡问题的研究方向进行讨论,并深入展开了针对不同截锥体头型运动体入水过程的实验研究。采用高速摄像机对运动体入水过程中的空泡流动进行拍摄,包括不同头部直径、不同锥角、不同入水角以及不同入水速度等参量的比较,对运动体入水航行的运动特性进行了归纳性分析。比较分析了不同工况下各截锥体头型运动体入水参数的变化,深入讨论了各截锥体头型运动体在不同入水角下入水过程中空泡演变规律和运动体运动规律,并给出了相关介绍和相应的动力学机理解释。综上,本文的研究结果主要为:(1)对截锥体头型运动体垂直入水情况进行了分析,得到了入水速度对空泡特性、运动特性以及流体动力学特性的影响。结果表明:深闭合状态运动体速度变化规律基本一致,转向表面闭合状态的过程中速度规律开始发生转变;入水初速越大,越快发生表面闭合;随体空泡与尾部空泡分离越早,尾部空泡越晚与液面接触;截锥体头型运动体在表面闭合阶段,运动体一般性速度规律为:先增加后减小,平缓过渡后再增加;速度较高时,速度规律转变为持续下降;截锥体头型运动体头部直径越大,壁面波动现象越明显。(2)对截锥体头型运动体不同头部直径倾斜入水过程进行实验探究,取其中两种工况,给出了特定速度下倾斜入水过程规律图,综合分析了入水运动体的结构尺寸、入水参数等对入水空泡姿态、运动特性以及流体动力学特性产生的影响规律。结果表明:截锥体头型运动体头部直径越大,尾部早与空泡发生碰撞;截锥体头型运动体头部直径大小对空泡闭合时间几乎没有影响;液面处空泡随头部直径增大而增大;截锥体头型运动体头部直径过大或者过小均不利于入水稳定性;当截锥体头型运动体入水速度较低时,运动体入水速度低于其临界值时,速度呈上升趋势,速度高于临界值时,呈现下降趋势。(3)对截锥体头型运动体不同头部锥角倾斜入水过程进行实验探究,取不同速度和不同头型共9组实验进行对比分析,得到了入水运动体的头部锥角、入水初速等对入水空泡姿态、运动特性以及流体动力学特性产生的影响规律。结果表明:截锥体头型运动体头部锥角越小,尾部越早与空泡下壁面发生碰撞;头部锥角越小,初速越快,空泡深闭合时间时间越晚;运动体空泡随头部锥角减小而增大,随速度增加而增大;锥角越大,入水时顺时针合力矩越小或逆时针合力矩越大,对入水后俯仰角变化有着较大的影响。本文对截锥体头型运动体入水空泡问题开展了相关实验研究,对运动体低速入水的多种实际情况进行分析,可为相关研究和项目提供参考和技术支撑。

关键词：实验研究头型倾斜入水入水空泡运动特性

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凹头弹丸垂直入水仿真研究

兵工学报 2020年第S01期41卷 128-134页

作者：黄振贵罗驭川陈志华侯宇唐楚淳南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 航天动力测控技术研究所陕西西安710025

凹头弹丸是一种含有部分中空腔体的结构,在以头部开空腔部分首先冲击自由液面的过程中,空腔内气相-液相两相耦合,与弹丸形成复杂的固相、液相、气相三相运动。为分析凹头弹丸在低速垂直入水条件下弹丸头部形状和内部空腔对入水空泡及弹... 详细信息

凹头弹丸是一种含有部分中空腔体的结构,在以头部开空腔部分首先冲击自由液面的过程中,空腔内气相-液相两相耦合,与弹丸形成复杂的固相、液相、气相三相运动。为分析凹头弹丸在低速垂直入水条件下弹丸头部形状和内部空腔对入水空泡及弹道特性的影响,采用数值模拟方法研究不同凹腔深度的凹头弹丸入水过程空泡流动变化,并将其与平头弹垂直入水过程进行对比,得到了入水瞬间各弹丸能量耗散程度的规律以及入水后加速度、阻力系数以及速度的变化趋势。结果表明:不同弹丸入水空泡有着较明显的区别;平头弹丸与凹头弹丸运动入水开孔泡阶段,头部压力骤增,形成阶段头部压力减小,表面闭合阶段头部压力又开始骤增。

关键词：凹头弹丸垂直入水空腔弹道特性耦合

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斜截体头型弹丸低速垂直入水实验研究

兵工学报 2020年第S01期41卷 54-58页

作者：唐楚淳黄振贵陈志华罗驭川郭则庆南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 航天动力测控技术研究所陕西西安710025

为分析非轴对称头型弹体的入水弹道特性开展了弹丸低速垂直入水实验研究。基于高速摄像方法进行不同斜截体头型弹丸低速垂直入水对比实验,得到斜截体头型弹丸斜切角大小对入水空泡、运动速度、俯仰角的影响规律。结果表明:斜切角较小的... 详细信息

为分析非轴对称头型弹体的入水弹道特性开展了弹丸低速垂直入水实验研究。基于高速摄像方法进行不同斜截体头型弹丸低速垂直入水对比实验,得到斜截体头型弹丸斜切角大小对入水空泡、运动速度、俯仰角的影响规律。结果表明:斜切角较小的斜截体弹头可能无法在入水时产生裹体空泡,也没有尾部撞击空泡壁面的现象;尾部撞击空泡壁面的入水时间与入水速度无关;斜切角越大,弹体倾斜得越明显,入水速度衰减得越快;5°斜切角的弹体俯仰角变化程度最小,也相对最为稳定。

关键词：斜截体头型弹丸低速垂直入水斜切角空泡俯仰角

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空心弹结构设计及弹托分离过程仿真

兵器装备工程学报 2020年第5期41卷 5-8,31页

作者：罗驭川黄振贵杜宏宝陈志华南京理工大学瞬态物理国家重点实验室南京210094

在对空心弹结构进行设计时,基于有限体积法和重叠网格技术,对不同马赫数条件下空心弹弹体和弹托的分离过程进行了仿真。仿真结果表明:弹托完全分离后,空心弹的马赫数Ma=2.0时,出现阻塞状态,而Ma≥2.5时,空心弹稳定飞行时为非阻塞状态;在... 详细信息

在对空心弹结构进行设计时,基于有限体积法和重叠网格技术,对不同马赫数条件下空心弹弹体和弹托的分离过程进行了仿真。仿真结果表明:弹托完全分离后,空心弹的马赫数Ma=2.0时,出现阻塞状态,而Ma≥2.5时,空心弹稳定飞行时为非阻塞状态;在Ma=2.5时,由于接近阻塞临界马赫数,脱壳时流场变化较为复杂,弹体空腔内气体经历时间较长的压缩过程,弹体阻力呈先减后增再减的变化趋势;在其他不同马赫数时的空心弹弹托分离过程中,弹体阻力整体上呈先减后增,最终达到稳定。随着马赫数的增大,流场能更快的达到稳定状态,弹体受到的扰动更少。

关键词：空心弹弹托分离气动影响弹体阻力非阻塞状态

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空心圆柱低速垂直入水试验研究

工程力学 2019年第9期36卷 237-246页

作者：侯宇黄振贵陈志华罗驭川南京理工大学瞬态物理国家重点实验室

为获得空心圆柱垂直入水空泡演化规律和运动特性,利用高速摄像技术对其低速垂直入水过程进行了试验研究。通过对空心圆柱体入水空泡的演化过程的观察和运动参数的测量,讨论分析空心结构对空泡形态演变的影响和不同入水速度下空泡演化过... 详细信息

为获得空心圆柱垂直入水空泡演化规律和运动特性,利用高速摄像技术对其低速垂直入水过程进行了试验研究。通过对空心圆柱体入水空泡的演化过程的观察和运动参数的测量,讨论分析空心结构对空泡形态演变的影响和不同入水速度下空泡演化过程和模型运动阻力变化。结果表明:空心结构诱发通孔射流使深闭合下的空泡壁由点分离形式变为线分离,出现新的空泡壁收缩形式,运动体尾部出现环状空泡,稳定状态空泡出现气泡分阶段脱落和"云化"现象;入水速度的增加使入水空泡由深闭合变为面闭合,空泡体积随入水速度变化较为明显,尾部气泡因空泡稳定状态的不同呈现不同脱落形式;通孔射流顶部存在小气泡,顶端液滴近似落体运动,表面张力对射流整体运动影响较小;孔中内流的产生有助于物体运动的稳定,物体水中阻力因入水速度不同短时间内产生两类变化,速度增高阻力曲线拐点增多。

关键词：空心圆柱入水试验空泡演化通孔射流动态特征

90°锥头弹丸不同速度下垂直入水冲击引起的空泡特性

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爆炸与冲击 2018年第6期38卷 1189-1199页

作者：黄振贵王瑞琦陈志华侯宇罗驭川南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 兰州空间技术物理研究所甘肃兰州730000

用高速摄像拍摄了90°锥头弹丸低速入水的空泡形态演变过程,全面讨论了不同入水冲击速度下空泡的闭合方式及其演变过程,分析了空泡闭合时间、闭合点水深和弹头空泡长度随入水速度的变化规律以及不同水深位置空泡直径的变化规律;研究了... 详细信息

用高速摄像拍摄了90°锥头弹丸低速入水的空泡形态演变过程,全面讨论了不同入水冲击速度下空泡的闭合方式及其演变过程,分析了空泡闭合时间、闭合点水深和弹头空泡长度随入水速度的变化规律以及不同水深位置空泡直径的变化规律;研究了水幕闭合和近液面空泡收缩上升所形成的射流现象及其相互耦合作用过程,探讨了空泡深闭合后其壁面波动规律。结果表明:随着入水速度的增加,空泡分别发生准静态闭合、浅闭合、深闭合和表面闭合,每种闭合方式对应的一个速度区间;弹头产生空泡的临界入水速度为0.657 m/s;不同水深位置的空泡直径呈现非线性变化;随着水深的增加空泡扩张初速增大,空泡最大直径减小,扩张段缩短,收缩段延长;同一时刻水深越大空泡扩张收缩的加速度也越高;水幕闭合后会产生向上和向下两股射流,向下射流速度较大时会对弹丸运动产生影响;近液面空泡收缩上升时会产生强度正比于空泡体积大小和闭合点水深的射流,并与上两股射流相互耦合形成一股更强的向上射流;空泡深闭合后长度缩短和产生的向下射流使弹丸受力发生改变,弹丸速度因受力产生的变化带动了流体质点速度的波动,进而导致空泡壁面发生波动,壁面波动遵循空泡截面独立扩张原理。

关键词：垂直入水冲击空泡闭合方式壁面波动射流临界入水速度

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超空泡射弹小入水角高速斜入水试验研究

兵工学报 2020年第2期41卷 332-341页

作者：侯宇黄振贵郭则庆陈志华刘如石罗驭川南京理工大学瞬态物理国家重点实验室

为研究超空泡射弹小入水角高速斜入水性能,利用高速摄像技术开展了超空泡射弹入水试验。沿水下弹道轨迹的左侧等距布置压力传感器测试压力变化,分析弹体不同侧滑角入水冲击过程的弹道轨迹、喷溅演变和水下压力波传播特征。结果表明:对... 详细信息

为研究超空泡射弹小入水角高速斜入水性能,利用高速摄像技术开展了超空泡射弹入水试验。沿水下弹道轨迹的左侧等距布置压力传感器测试压力变化,分析弹体不同侧滑角入水冲击过程的弹道轨迹、喷溅演变和水下压力波传播特征。结果表明:对于射弹小入水角高速斜入水,弹体小侧滑角入水能形成较光滑透明的入水空泡和稳定的入水弹道,较大的侧滑角易造成空泡内严重雾化、弹道轨迹偏转和弹体损坏等现象,严重程度随侧滑角增大而增大;小侧滑角下弹头空化器及圆锥段斜面与水面的撞击使得入水喷溅在俯视下呈左右近似对称的“蝶”状,侧滑角对前半部分喷溅的左右对称性影响较小,对后半部分喷溅的对称性和范围影响较大,前半部分喷溅的对称轴随着侧滑角增大会出现相应偏转;入水冲击产生的水下压力波变化过程可分成两阶段:由弹体和水域冲击产生的初始压力波动阶段和各压力波叠加的高频脉动阶段,两阶段压力波动因侧滑角增加后入水状态的不同而呈现不同的变化特征。

关键词：超空泡射弹小入水角入水试验侧滑角喷溅水下压力波

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截锥体头型弹丸低速斜入水实验研究

爆炸与冲击 2019年第11期39卷 77-84页

作者：罗驭川黄振贵高建国陈志华侯宇郭则庆南京理工大学瞬态物理国家重点实验室

为研究截锥体头型弹丸在低速斜入水条件下,头部直径大小对入水空泡及弹道特性的影响,基于高速摄像方法,开展不同截锥体头型弹丸低速倾斜入水对比实验,得到了截锥体头弹丸头部直径大小对入水空泡、运动速度、俯仰角的影响规律。实验结果... 详细信息

为研究截锥体头型弹丸在低速斜入水条件下,头部直径大小对入水空泡及弹道特性的影响,基于高速摄像方法,开展不同截锥体头型弹丸低速倾斜入水对比实验,得到了截锥体头弹丸头部直径大小对入水空泡、运动速度、俯仰角的影响规律。实验结果表明:截锥体头弹丸头部直径越大,尾部越早与空泡下壁面发生碰撞;头部直径大小对空泡深闭合时间几乎没有影响;弹丸空泡随头部直径增大而增大;头部直径过大或者过小均不利于入水稳定性;弹丸速度低于临界值时呈上升趋势,高于临界值时将呈现下降趋势。

关键词：截锥体头型空泡弹道特性入水稳定性

中华民族共同体的“视听形象”——基于清代百苗图“语-图”书写的建构

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民族艺术 2024年第4期 121-135页

作者：罗宝川四川师范大学四川省哲学社会科学重点研究基地巴蜀文化与教育研究中心

中华民族共同体“视听形象”是指共同体内部各成员及外部受众从眼视和耳听两个维度在意识层面围绕中华民族集体身份形成的感知想象和具象描述。清代百苗图通过“语言符号”(竹枝词)与“图像符号”(百苗图)的并置,促发各民族“口说”“... 详细信息

中华民族共同体“视听形象”是指共同体内部各成员及外部受众从眼视和耳听两个维度在意识层面围绕中华民族集体身份形成的感知想象和具象描述。清代百苗图通过“语言符号”(竹枝词)与“图像符号”(百苗图)的并置,促发各民族“口说”“眼看”“耳闻”“心观”,并由此激发行为主体对中华民族共同体“视听形象”要素的自觉构拟。清代地方官员通过绘制百苗图,构拟“视听形象”行为的背后,潜藏着建构大一统“视听秩序”的制图动机与资政逻辑。梳理中华民族共同体“视听形象”建构的内在理路,有助于建立起“目明耳聪”的中华民族共同体“视听形象”研究体系,将具有本土话语阐释力的中华民族形象推向世界。

关键词：中华民族共同体视听形象百苗图 “语-图”书写共同体意识

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