麻震宇，陈广南，张为华

(国防科技大学 航天与材料工程学院，湖南 长沙，410073)

超空泡技术为水下航行体减阻提供了新的途径。当水下航行体速度较高或人工在空化区通入气体时，流场将出现超空化现象，使水下航行体表面绝大部分被包裹在超空泡的低密度水蒸气或气体包层中，从而航行体运动阻力减小90%左右，实现水下高速航行。在超空泡航行体在高速运动过程中，只有头部空化器和尾部小部分表面与水接触，受力极不稳定。当航行速度较高时，航行体尾部与空泡壁面发生周期性冲击作用而保持动态平衡[1]。“尾拍”冲击作用影响了航行体的弹道和运动稳定性，容易引起航行体剧烈振动，导致航行体结构被破坏。Kulkarni等[2]采用简化的力学模型对超空泡航行体进行动力学分析。数值计算表明，航行体转动惯量对尾拍冲击响应影响较大，增大转动惯量可降低冲击频率，减弱冲击作用对弹道的干扰。Ruzzene等[3]假定冲击力与航行体尾部浸入流体的深度成正比，采用梁单元模拟超空泡航行体环向加肋壳体。动力响应计算表明，对环向肋骨分布位置和几何尺寸进行优化设计有利于减小振动在结构中传播，增强航行体结构稳定性和可靠性。孟庆昌等[4]对超空泡航行体进行运动学和动力学分析，实验结果表明，射弹转动惯量、发射速度和初始扰动角速度对航行体尾拍有重要影响。国内外学者采用简单的有限元离散方法和简化的力学模型对超空泡航行体在尾拍冲击作用下的动力特性开展了少量研究，对于航行体结构设计方法的研究仍处于探索阶段。……