摘要
小型无人水下航行器(UUV)具有成本低、巡航时间长、部署灵活、平战结合、功能多样等特点，在搭载武器系统后能实现对水下小目标的精确打击。然而，由于水下特种弹药在发射过程中的冲击载荷会对这种小型水下动平台的姿态产生扰动，从而对射弹命中精度带来不利影响，因此需对该过程中的发射动力学特性及其对UUV水中姿态的影响规律进行深入研究。特别的，目前水下冷发射过程研究主要集中在低膛压工况，对于水下高膛压发射过程载荷及小型UUV平台受载运动情况的研究尚不充分。因此本文采用数值模拟为主，辅以实验验证的方式，针对水下高膛压密封式冷发射过程展开研究，并针对射弹发射后的小型UUV平台运动情况进行了分析。本文的主要研究内容如下： (1)基于商业计算软件，结合SST k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型和均匀平衡流模型，对水下发射过程的内弹道阶段、燃气溢出阶段及水锤效应阶段的流场变化情况进行了仿真计算，同时得到了小型水下动平台在发射过程中的载荷特性；结果表明，小型水下动平台在水下发射过程中受到的载荷主要来源于内弹道过程的后座力与水锤效 应，膛内燃气溢出造成的低压区产生的载荷较小；一般而言，低膛压发射工况下水锤压力峰值大于发射膛压且衰减速率较缓，三次水锤效应压力峰值的衰减幅度分别为+8.9％、-25.5％和-11.0％。而本研究发现，高膛压发射工况下的水锤冲击压力低于内弹道发射过程中的压力，且水锤效应过程中的峰值压力衰减过程较低膛压发射情况更为迅速，三次水锤效应压力峰值的衰减幅度为-51.0％、-88.3％和-93.7％。造成上述现象的原因是高膛压发射过程燃气溢出速率较低膛压发射过程快，留在膛内的混合燃气较少，导致水锤冲击压力衰减迅速； (2)基于以上数值模型设计了水靶道实验，利用膛压传感器、弹载传感器和高速摄影技术对水下密封式高膛压冷发射过程进行了研究，得到了膛压、速度等数据；结果表明，数值模型与试验结果基本吻合，验证了计算方法的准确性； (3)建立了小型UUV平台的六自由度运动模型，基于得到的高膛压发射过程载荷数据，对UUV平台在水下发射过程中受到冲击载荷后的运动情况开展数值模拟研究，探讨了单侧发射与对侧发射条件对UUV平台运动姿态的影响，结果表明，对侧发射工况更有利于小型UUV平台后续的姿态调整。
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