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跨介质飞行器触水滑跳运动特性数值模拟

兵工学报 2022年第3期43卷 586-598页

作者：田北晨刘涛涛吴钦黄彪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

受生活中水漂现象的启发,跨介质飞行器广泛采用灵活机动的滑跳运动模式,大大提高了海战武器的突防能力。基于数值模拟方法研究具有复杂构型的跨介质飞行器触水滑跳运动特性,重点分析入水参数对跨介质飞行器静水面的近水面滑跳运动过程... 详细信息

受生活中水漂现象的启发,跨介质飞行器广泛采用灵活机动的滑跳运动模式,大大提高了海战武器的突防能力。基于数值模拟方法研究具有复杂构型的跨介质飞行器触水滑跳运动特性,重点分析入水参数对跨介质飞行器静水面的近水面滑跳运动过程影响。研究结果表明:针对所提跨介质飞行器,近水面滑跳运动可分为稳定滑跳阶段及水面滑行阶段,稳定滑跳阶段飞行器运动轨迹呈类正弦规律波动,逐次入水砰击瞬间飞行器均会受到较大的砰击载荷;跨介质飞行器入水速度v取值为10~55 m/s范围时,随着入水速度增大,可顺利实现近水面滑跳运动的入水俯仰角范围先增大后减小,入水速度为30 m/s时,飞行器入水俯仰角φ有效范围最大为-8°~10°;跨介质飞行器近水面滑跳运动过程中入水速度越大,砰击载荷越大、稳定滑跳次数越多、稳定滑跳距离越远;入水俯仰角φ为0°~5°时飞行器近水面稳定滑跳次数最多,滑跳距离最远,滑跳姿态最稳定。

关键词：跨介质飞行器滑跳砰击载荷运动特性

不同外形物体小角度高速触水滑跳特性数值研究

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不同外形物体小角度高速触水滑跳特性数值研究

第三十三届全国水动力学研讨会

作者：孙士明郁伟中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室

跨介质航行体小角度高速触水会产生滑跳现象,本研究采用基于重叠网格的CFD方法针对不同几何外形的物体近水面小角度触水弹跳过程开展数值模拟,获得了7种不同构型物体撞水过程中流体动力及运动特性规律。研究发现:椭圆抛物体似乎是最有... 详细信息

跨介质航行体小角度高速触水会产生滑跳现象,本研究采用基于重叠网格的CFD方法针对不同几何外形的物体近水面小角度触水弹跳过程开展数值模拟,获得了7种不同构型物体撞水过程中流体动力及运动特性规律。研究发现:椭圆抛物体似乎是最有利于稳定滑跳的结构形式,其可以在保持姿态变化很小的同时,实现较小的垂向和水平过载。楔形体构型有效的减小物体触水过程中的最大表面压力,其在速度衰减和姿态稳定方面也有相对较好的特性。本研究成果可为未来相关近水面跨介质航行器的研究工作提供参考。

关键词：跨介质滑跳入水计算流体力学

来源： cnki会议评论

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航行体近水面滑跳运动试验研究

数字海洋与水下攻防 2019年第2期2卷 79-83+87页

作者：孙士明陈玮琪王宝寿郁伟何振民季锦梁中国船舶科学研究中心国防水动力学重点实验室

航行体近水面滑跳运动是近年来跨介质航行体研究的热点问题之一,针对航行体水面滑跳运动现象开展研究。首先设计了适宜滑跳的航行体构型,通过数值仿真方法确定航行体的主要技术参数,发现航行体滑跳过程对于重心位置非常敏感;然后,针对... 详细信息

航行体近水面滑跳运动是近年来跨介质航行体研究的热点问题之一,针对航行体水面滑跳运动现象开展研究。首先设计了适宜滑跳的航行体构型,通过数值仿真方法确定航行体的主要技术参数,发现航行体滑跳过程对于重心位置非常敏感;然后,针对设计的构型,开展水面自由滑跳试验,试验表明本文设计的模型可以在近水面稳定滑跳,验证了滑跳运动方式的可行性。工作可为后续跨介质航行体设计提供技术参考。

关键词：跨介质滑跳撞水飞溅

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飞行器水面滑跳数值模拟及试验研究

飞行器水面滑跳数值模拟及试验研究

第十届全国流体力学学术会议

作者：王超东海宁周丹杰张坤北京机电工程研究所

本文通过求解非定常可压缩粘性雷诺平均方程(RANS),使用MIXTURE多相流模型模拟气、水两相流动,采用Singhal eta空化模型模拟变相传质的过程,动网格技术模拟飞行器水面滑跳的3自由度运动,建立了飞行器水面滑跳的数值模拟方法,并针对某飞... 详细信息

本文通过求解非定常可压缩粘性雷诺平均方程(RANS),使用MIXTURE多相流模型模拟气、水两相流动,采用Singhal eta空化模型模拟变相传质的过程,动网格技术模拟飞行器水面滑跳的3自由度运动,建立了飞行器水面滑跳的数值模拟方法,并针对某飞行器外形开展了水面滑跳的水池试验,研究了飞行器水面滑跳过程的流体特性及其运动规律,并验证了数值模拟方法的有效性。在西北工业大学试验水池开展了水面滑跳试验,试验前设计了适合滑跳的弹体外形,并通过数值模拟获取了最佳的入水速度和姿态;通过合理设计试验装置和试验方法,实现了弹体水面滑跳运动,验证了水面滑跳运动原理。使用建立的数值计算方法,对水面滑跳运动过程进行了数值模拟,并与试验结果进行比较分析。图1为飞行器水面滑跳试验和数值计算的弹体姿态对比,比较可知,两者的姿态变化规律基本一致:均是底部先入水,弹体后段再入水;在水面滑行和出水阶段,飞行器的俯仰角逐渐增大,最终以较大俯仰角的姿态离开水面。图2是数值结果与水面滑跳试验的对比,可见计算与试验的规律性一致,结果差异不大,说明跨介质飞行器水面滑跳数值计算方法可信。

关键词：滑跳多相流水池试验数值模拟

来源： cnki会议评论

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运动体触水滑跳过程运动特性研究

运动体触水滑跳过程运动特性研究

作者：侯东伯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

生活中常见的水漂现象,以及航天器采用的跳跃返回方式,这些都是典型的滑跳运动过程。当运动体在水面滑跳时,运动过程中包含了固、液、气等多相耦合作用,涉及到流体力学、刚体动力学等多门学科,对其开展相关研究具有重要的理论意义与应... 详细信息

生活中常见的水漂现象,以及航天器采用的跳跃返回方式,这些都是典型的滑跳运动过程。当运动体在水面滑跳时,运动过程中包含了固、液、气等多相耦合作用,涉及到流体力学、刚体动力学等多门学科,对其开展相关研究具有重要的理论意义与应用价值。本文采用理论研究和试验研究相结合的方法,对运动体触水后滑跳过程中的运动特性进行分析与研究。主要研究内容和成果如下:为解决运动体滑跳运动中的受力问题,分别基于冯卡门冲击模型与薄翼理论,建立了平板触水滑跳的两种力学模型。随后,分别对两种模型进行了数值计算并得到了平板入水时运动参数对力学特性的影响。推导了平板滑跳的3自由度动力学方程,并对两种力学模型分别进行了验证,确定了计算方法。编写程序开展了平板小角度触水滑跳的数值计算,研究了平板运动参数中速度、俯仰角以及入水倾角等对其运动特性的影响,分析了不同运动参数下平板触水后的轨迹变化以及速度、加速度与俯仰角等参数的变化,得到了各项运动参数对平板滑跳运动的影响规律以及利于平板滑跳且保持姿态稳定的运动参数。设计并建立了基于高压气体动力的复杂构型运动体触水滑跳运动试验平台,开展了运动体触水滑跳运动试验研究。通过高速图像采集系统获得了复杂构型运动体触水滑跳运动的图像数据,并对数据进行了处理提取得到运动体的运动轨迹。分析了运动体滑跳过程中的轨迹变化与姿态变化,得到了俯仰角等运动参数以及模型底部构型对运动体运动特性的影响,给出了试验范围内更利于发生滑跳并保持姿态稳定的运动参数以及构型设计。

关键词：运动体滑跳理论分析试验研究外部构型运动特性

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近水面高速战斗部滑跳过程数值仿真

水雷战与舰船防护 2015年第1期23卷 41-46页

作者：吴文辉中国船舶重工集团公司第七一○研究所

近水面高速战斗部是一种能够在近水面发射及水面高速滑跳的新概念水雷武器作战系统,通过海面杂波能够实现高效突防,达到出其不意的攻击目的,了解其滑跳运动过程中受力特性是实现战斗部稳定跳跃式航行的基础。基于不可压雷诺时均N-S方程... 详细信息

近水面高速战斗部是一种能够在近水面发射及水面高速滑跳的新概念水雷武器作战系统,通过海面杂波能够实现高效突防,达到出其不意的攻击目的,了解其滑跳运动过程中受力特性是实现战斗部稳定跳跃式航行的基础。基于不可压雷诺时均N-S方程,空气与水交界面问题采用VOF方法,湍流模型采用剪切应力输运(Shear Stress Transport model,SST)模型,对近水面高速战斗部滑跳过程进行仿真,对比分析了质量对滑跳过程受力特性的影响。通过仿真计算得到,在战斗部总体配置中,应通过增大纵倾方向的惯性矩或调整战斗部前后翼的尺寸和安装角度来减小战斗部反弹后的迎角,同时,在条件允许的情况下,应适当能提高战斗部的质量。

关键词：近水面滑跳数值仿真

基于ANSYS/LS-DYNA的圆盘击水弹跳研究

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舰船电子工程 2013年第1期33卷 122-124页

作者：陈诗伟中国船舶重工集团公司第七一○研究所宜昌443003

基于ANSYS/LS-DYNA的ALE方法,对圆盘击水滑跳现象进行三维数值仿真。建立了击水滑跳的有限元模型,包括滑跳对象、两相流及交界面设计,并用已有试验数据对模型运动状态的有效性进行了验证。分析结果表明,计算得到的滑跳临界速度和入水角... 详细信息

基于ANSYS/LS-DYNA的ALE方法,对圆盘击水滑跳现象进行三维数值仿真。建立了击水滑跳的有限元模型,包括滑跳对象、两相流及交界面设计,并用已有试验数据对模型运动状态的有效性进行了验证。分析结果表明,计算得到的滑跳临界速度和入水角随圆盘倾角的变化规律与试验结果可以很好的吻合,研究结果可以为入水冲击,气/液两相跨介质运动及其动力学特性提供一种研究方法与手段。

关键词：跨介质运动有限元模型 ALE数值仿真滑跳

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