赵小宇 向 敏 张为华 刘 波 李尚中

(国防科技大学空天科学学院,长沙 410073)

引言

随着海洋战略地位日益凸显,围绕海洋来展开深海环境探索,资源开发以及武器装备研发变得日趋重要,未来海洋将会是世界各国科技实力角逐的重要战场.相比于空气,水的高黏度流体特性带来的巨大阻力严重制约水下航行体的航速和机动性能,通气空泡减阻技术能实现高效的水下减阻,在水下发射、超高速跨介质导弹等领域极具应用前景.

近年来水下动力技术逐渐成为一个新的研究热点问题,相较于空气,一方面水中压力会阻碍气体膨胀,喷管出口处形成很高的背压;另一方面,在水气巨大的速度差形成的强剪切影响下,导致压力振荡,喷管出口环境很不稳定[1-2].针对水下背压高的问题,可以通过提高发动机燃烧室的压比,设计喷管出口为过膨胀状态来解决[3].而喷管出口压力振荡的问题还未有行之有效的办法,降低出口压力脉动至可控范围内于工程实践具有重要意义.

水下射流流体特性研究进展,主要包括Shi 等[4-5]在静水塔中开展了超音速气体射流实验,结果显示压力脉动的频率和喷管内激波振荡相关联.Han 等[6]利用一个实验室尺度的固体火箭发动机在水下开展了推力测试实验,得出喷管出口处气泡增长和脱落是导致压力脉动的主要原因.唐云龙等[7]在VOF 模型基础上通过添加相变源项,建立了考虑相变的可压多相流数值方法,并模……