發(fā)布時間：2021-03-20 22:14

　　基于均質(zhì)平衡多相流理論,建立了水下高速射彈超空泡形成過程的數(shù)理模型,對12.7 mm口徑射彈進行了水下射擊試驗,驗證了模型的合理性。對不同速度的76 mm射彈進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:在彈丸表面,沿軸線各點依次產(chǎn)生空化現(xiàn)象,但在彈丸頭部區(qū)域內(nèi)各點水蒸氣含量呈線性增加;在彈丸圓柱部區(qū)域,各點水蒸氣含量先快速上升至0.3～0.4,隨后維持平臺期,再快速上升。射彈速度越快,平臺期越短,超空泡形成得越快,超空泡形成時間滿足指數(shù)型變化規(guī)律。在彈丸頭部,空泡發(fā)展速率由快速的線性衰減階段過渡到近似呈緩慢線性衰減的階段。射彈速度越快,空泡發(fā)展速率越高,第一階段中衰減得越快,衰減幅度也越大,而第二階段中的衰減速度幾乎不變。在彈丸圓柱部,空泡發(fā)展速率的變化分為快速衰減階段與緩慢衰減階段。射彈速度越快,空泡發(fā)展速率越高,第二階段中衰減得也越快。彈丸表面摩擦阻力系數(shù)變化特性與彈丸圓柱部空化特性相對應(yīng)。彈丸速度越快,阻力系數(shù)衰減越快,達到穩(wěn)定時的值也越小;當(dāng)速度高于1 100 m/s后,阻力系數(shù)達到穩(wěn)定的時間幾乎不變,達到穩(wěn)定時的數(shù)值變化也不大。 

【文章來源】：彈道學(xué)報. 2020,32(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

邊界條件及網(wǎng)格劃分

圖6顯示了v=800 m/s時彈丸表面不同位置的混合物中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)φv隨時間的變化規(guī)律,其中,x表示距彈頭部頂點的軸向距離。x<238 mm屬于彈頭部區(qū)域,x>238 mm屬于彈丸圓柱部區(qū)域,x=238 mm為彈頭部區(qū)域和彈丸圓柱部區(qū)域的分界點。由圖4可見,空化現(xiàn)象在彈丸頭部區(qū)域和彈丸圓柱部區(qū)域的發(fā)展過程有所不同。在彈頭部區(qū)域,彈丸表面各點依次產(chǎn)生空化現(xiàn)象,其水蒸氣含量近似呈線性上升,當(dāng)φv≥0.5時[5],可認為形成空泡,隨后水蒸氣含量繼續(xù)升高,直至0.9以上�？栈F(xiàn)象的發(fā)展在彈丸圓柱部區(qū)域可分為3個階段:第一階段,彈丸圓柱部表面各點依次產(chǎn)生空化現(xiàn)象,各點處產(chǎn)生水蒸氣后的水蒸氣體積分?jǐn)?shù)φv迅速提高至0.4左右,并且越靠近彈丸尾部的點水蒸氣含量越高。這是因為彈丸圓柱部表面各點處的水蒸氣由兩部分組成:一部分是由空化產(chǎn)生并在原地積聚的水蒸氣,另一部分是由上游各處產(chǎn)生并順流而下的水蒸氣。因此,越靠近彈丸尾部的位置混合物中水蒸氣含量越高。

搭建水下槍發(fā)射系統(tǒng),試驗總體裝置由水箱、射擊平臺、脈沖點火源和高速錄像系統(tǒng)四部分組成。試驗射彈模型結(jié)構(gòu):圓盤空化器直徑Dn=6.6 mm,彈丸頭部長Ln=11.2 mm,彈丸圓柱部長Lc=42.8 mm,彈丸全長Lb=54 mm,彈丸最大截面直徑Dm=12.7 mm。水下射擊試驗采用密封式發(fā)射,試驗時,利用脈沖點火電源點燃燃燒室內(nèi)火藥,采用FASTCAM-Ultima APX高速數(shù)碼相機記錄彈丸表面超空泡形態(tài),其最大分辨率為1 024×512,頻率為4 000 s-1。通過高速錄像圖片得到的射彈初速為383.5 m/s。利用上述數(shù)學(xué)模型,以相同的射彈結(jié)構(gòu)以及試驗工況,對射彈表面超空泡形態(tài)進行數(shù)值模擬。圖1為1.75 ms時刻試驗與計算得到的彈丸表面超空泡形態(tài),其中實線為數(shù)值模擬結(jié)果,虛線為試驗結(jié)果。由圖可知,數(shù)值模擬與試驗得到的彈丸表面超空泡形態(tài)基本相同。以彈丸頂部中點為原點,軸向為x軸方向,徑向為y軸方向,t=1.75 ms時彈丸表面超空泡輪廓圖,如圖2所示。由圖可知,數(shù)值模擬與試驗得到的彈丸表面超空泡輪廓幾乎重合,平均誤差僅為1.1%。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3091761