赵海瑞, 施瑶, 潘光

(1.西北工业大学 航海学院, 陕西 西安 710072; 2.无人水下运载技术工信部重点实验室, 陕西 西安 710072)

航行器在投放过程中,常涉及到跨越气液交界面的过程,当航行器以高速入水时,会受到巨大的冲击载荷作用并伴随着复杂的空泡形态,将对航行器的物理结构、内部仪器和入水弹道等造成不可忽视的影响。因此,国内外学者从理论、试验和数值模拟方面对该问题开展了大量的研究。

入水冲击载荷方面。理论研究多基于势流理论开展,最早由von Karman[1]提出了近似平板理论,这成为后来很多学者研究相关问题的理论依据。但是该理论忽略了液面隆起现象的影响,之后Wagner[2]对其进行改进提出了自相似解法,得到了入水冲击压强峰值与速度平方成正比的结论。Pukhnachov[3]提出了匹配渐进展开法来研究非线性因素在入水问题中的影响。Chuang[4-5]对平底物体入水开展了试验研究,发现了空气垫的存在。陈震等[6]通过数值模拟,也得出了空气垫在平底物体入水冲击中具有重要作用的结论。

入水空泡方面。Logvinovich[7]基于能量守恒定律提出了空泡独立扩张原理,能够对空泡形态进行理论预报。Duclaux等[8]基于Besant-Rayleigh气泡平衡理论推导了入水空泡半径与时间的函数关系,得到了与试验结果吻合较好的结果。Worthington等[9]最早用闪光照相机开展了球体垂直入水的试验研究,并对其空泡形态进行了观测和描述。Bell[10]和Maccoll[11]通过对入水空泡试验进行观测,总结了空泡生成和演化过程中的流动特征,并分析了空泡的形成机理。……