摘要
超空泡导弹潜射出水过程是超空泡武器水下发射的重要组成部分，导弹在出水过程中由于所处介质环境的不断改变与空泡的不断演变、溃灭，使得弹体受到很大的非定常、非线性的作用力，这对弹体结构产生很大的影响甚至会导致弹体结构的破坏与内部控制系统的失灵。由于导弹出水过程中弹体的变形与振动和流场之间的相互作用不可忽略，因此常规的基于刚体假设的研究方法不再适用。本文采用数值模拟的方法，研究了超空泡导弹出水过程的流体动力特性与结构受力特性的变化规律，并重点分析了通气率与出水速度对导弹出水过程流体动力特性与结构受力特性的影响。本文的主要研究内容和成果如下： 参考俄罗斯“暴风雪”超空泡鱼雷外形设计，建立了超空泡导弹的三维模型。使用ABAQUS与STAR-CCM+进行协同仿真分析，基于RANS方程，引入VOF多相流模型、K-ωSST湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型，采用重叠网格技术实现导弹多自由度运动,基于SIMULIA动态链接库进行流体计算域与固体计算域耦合交界面处求解数据的实时交换，实现流固耦合效应分析。 以典型出水参数条件下的超空泡导弹出水过程为例，研究了超空泡导弹出水过程中流体动力和结构受力的变化特征。沿弹体轴线方向设置若干参考点，对参考点处受力的时变历程与不同出水时刻弹体的受力分布情况进行分析，发现不仅弹体被空泡包裹的位置受力明显较小，而且导弹在出水时，弹体与水平面接触的位置有受力急剧增大的现象。 研究了通气率对弹体出水过程空泡演变特性、弹体周围流场压力分布特性与弹体出水过程阻力系数变化的影响。将弹体通气状态下出水与不通气状态下出水时的结构受力特性变化规律进行了对比。 结果：表明，增大通气率对增大空泡尺寸、减小阻力系数有明显的效果，并且通气状态下出水可以有效减小弹体的受力，对弹体结构具有一定的保护作用。 研究了出水速度对弹体出水过程空泡演变特性、弹体周围流场压力分布特性、弹体出水过程阻力系数变化与弹体结构受力特性的影响。 结果表明，在不考虑速度变化本身对弹体结构受力特性的影响时，弹体出水速度越大，空泡对弹体的包裹效果越好，并且空泡的形成逐渐变为以空化现象为主导，但随着空泡对弹体的完全包裹，增大出水速度对减小弹体受力的效果逐渐变得有限。
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