张 珂, 孙士明, 颜 开, 王 志, 李 鹏

超空泡航行器尾部滑行流场特性数值仿真与试验

张 珂, 孙士明, 颜 开, 王 志, 李 鹏1

(中国船舶科学研究中心 水动力学重点实验室, 江苏 无锡, 214082)

超空泡航行器尾部滑行升力对运动姿态具有重要影响。文中基于流体体积(VOF)多相流模型, 开展了不同后体攻角下超空泡航行器尾部在空泡内滑行过程的数值仿真, 通过与试验数据对比验证了数值仿真的有效性, 并在此基础上分析了空泡形态及尾部流场压力的变化规律。研究结果表明: 空泡在沾湿面附近由于压差作用会向航行器表面卷曲, 并引起向上的飞溅流动, 沾湿面压力沿空泡轮廓线方向的衰减速度比沿航行器下缘的衰减速度更快。研究结果可为滑行力建模提供参考。

超空泡航行器; 尾部; 滑行升力; 数值仿真; 流场特性

0 引言

超空泡航行器在运动过程中被超空泡包覆, 其尾部稳定浸入水中滑行和尾部周期性拍击空泡壁面是保持运动基本稳定的2种常见模式[1]。航行器尾部在空泡中沾湿滑行过程的流体动力特性对其运动姿态具有重要影响。滑行升力量值与尾部沾湿面状态密切相关, 且尾部沾湿部分高压会影响空泡形态, 引起空泡的局部变形, 因此研究超空泡航行器尾部滑行流场特性具有重要意义。

超空泡航行器尾部滑行力的研究始于Waid等[1]的试验工作, 其后Logvinovich[2]、Rand[3]、Kulkarni[4]以及Paryshev[5]通过理论研究建立了不同的滑行力模型。Yen[6]和Dzielski等[7]在拖曳水池中研究了圆柱体在水平自由面和空泡中的滑行水动力特性; Moroz[8]和Serebryakov等[9]通过试验和理论研究分析了圆柱体与空泡的相互作用。……