袁军，王卫，李瑞杰

(1.海军装备部，陕西 西安 710025；2.西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

近些年来，随俄罗斯“暴风雪”号超空泡鱼雷、美国机载快速灭雷系统、挪威多环境弹药的相继问世，将超空泡技术在水中兵器的应用推向了新高度[1-4]；同时面对水雷、鱼雷、UUV、蛙人装备的快速发展，水下防御能力急需加强。基于水下发射技术、超空泡射弹技术的日趋成熟，开展基于超空泡减阻技术的水下炮弹技术研究变得十分必要。因水下炮弹具有反应快、成本低、可高效打击水下目标等特点，水下炮弹技术研究的必要性日益增强[5-7]。笔者借助数值模拟、弹道仿真方法对水下炮弹的空泡特性和水弹道特性进行研究[8-9]。

1 水下刚体弹道方程组模型

笔者研究的水下炮弹的弹径为76 mm，弹长为396 mm，弹质量为5.2 kg，空化器直径为20 mm，在无动力航行中，自空化器边缘形成自然空泡，空泡基本将水下炮弹包裹，不考虑水的流速，在静水环境下弹丸所受的作用力主要包括重力、空泡内气动力、水动力，由于空泡内气动力、水动力中的阻尼力及力矩、马格努斯力及力矩相较于水动力中位置力及静力矩在量级上要小两个数量级以上，水动力中位置力及静力矩对于水下炮弹的作用要远大于其他力及力矩作用，因此笔者只考虑重力及水动力中位置力和静力距效应，其他力及力矩忽略不计。水中航行受力如图1所示，水下炮弹弹丸速度为v，弹丸转速为wx，弹丸攻角为α，弹丸未穿刺空泡时，弹丸受自身重力G及空化器处水的阻力Fα；……