一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法技术

本发明专利技术提供了一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法，大长细比回转体头部设有空化器，建立大长细比回转体的定常空泡模型；选取不同的回转体入水参数作为初始条件进行数值仿真，得到不同空化数的空泡演化过程，通过测量仿真结果得到空泡长度以及最大空泡直径，对空泡长度、直径与空化数进行拟合，得到空泡形态与空化数的关系；对于大长细比回转体高速入水的非定常过程，利用拟合得到空泡形态与空化数的关系对定常空泡模型进行修正，得到非定常空泡演化模型。本发明专利技术可以准确模拟回转体高速入水的非定常过程。高速入水的非定常过程。高速入水的非定常过程。

【技术实现步骤摘要】
一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法


[0001]本专利技术涉及水下航行体
，具体涉及一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法。

技术介绍

[0002]弹体入水过程可以视为大长细比回转体的高速入水过程，在该过程中，弹体与水的高速相对运动会使两者之间的压强减小产生低压区，当压力小于当前状态下的饱和蒸汽压时，水便会发生汽化形成空腔，包裹住回转体，将回转体与水隔开，减小其受到的阻力，从而达到提升水下航行速度的目的。为了研究大长细比回转体高速入水规律以及对入水弹道进行建模，需要对入水空泡的演化进行研究。
[0003]对于大长细比回转体高速入水的非定常过程，即运动体带空泡高速入水的非稳态过程，现有适用于定常条件的空泡模型的预示效果较差，无法准确模拟回转体高速入水的非定常过程。
[0004]因此，如何提供一种准确地进行非定常过程中空泡形态预示的大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术利用数值仿真技术对空泡形态预示模型进行了修正，并验证了模型的有效性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术公开了一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法，所述大长细比回转体头部设有空化器，包括如下步骤：
[0008]建立大长细比回转体的定常空泡模型；
[0009]选取不同的回转体入水参数作为空泡初始条件进行数值仿真，得到不同空化数的空泡演化过程，通过测量仿真结果得到空泡长度以及最大空泡直径，对空泡长度、直径与空化数进行拟合，得到空泡形态与空化数的关系：
[0010][0011]其中，R
n
为空化器半径，σ为空化数，p0表示空泡外的环境压力，p
c
表示饱和蒸汽压，通常为3540Pa，为动压，ρ为水的密度，v为回转体速度，R
k
为空泡最大半径，L
k
为空泡长度；
[0012]对于大长细比回转体高速入水的非定常过程，利用拟合得到空泡形态与空化数的关系对所述定常空泡模型进行修正，得到非定常空泡演化模型。
[0013]优选的，所述定常空泡模型的表达式为：
[0014][0015]其中，其中，x为空泡截面到头部空化器的距离，R
c
(x)为x处空泡截面的半径，R
n
为空化器半径，x1表示一致截面的位置，x1＝2R
n
，R1＝1.92R
n
。
[0016]优选的，所述初始条件包括回转体入水速度以及入水角度。
[0017]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0018]本专利技术能够有效提升对于大长细比回转体高速入水非定常过程的空泡形态预示准确性，且模型拟合结果与数值仿真结果具有高吻合度，验证了本专利技术模型的有效性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；
[0020]图1为本专利技术实施例提供的大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法的流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的大长细比航行体模型示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例提供的空泡演化模型数值仿真流程图；
[0023]图4为本专利技术实施例提供的空泡演化模型数值仿真的结果与模型拟合结果对比图一；
[0024]图5为本专利技术实施例提供的空泡演化模型数值仿真的结果与模型拟合结果对比图二；
[0025]图6为本专利技术实施例提供的空泡演化模型数值仿真的结果与模型拟合结果对比图三。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术实施例公开了一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法，大长细比回转体头部设有空化器，首先对回转体入水空泡形态演化规律进行说明：
[0028]步骤一：推导独立膨胀原理
[0029]独立膨胀原理是超空泡流动的重要理论，它能够反映出超空泡流动的实质和主要特征。回转体高速入水产生超空泡流动时，空泡的形状可以根据空泡内部压力值恒定的条
件求解得到。空泡在空化器上形成并随着空化器的运动逐渐发展，独立膨胀原理认为，将空泡分解成无数个截面，每一个截面的面积与空化器的运动过程无关，只与当前状态下空泡与环境的压力差以及空化器的运动属性相关。
[0030]根据能量守恒原理，回转体对流体所做的功，会转化成该状态下流体的动能和势能，由此推导出空泡截面扩张方程：
[0031][0032]式中：S表示空泡在某一时刻的截面积；Δp表示在该时刻的空泡无穷远处与内部压力的差值；C
x
为回转体阻力系数，a是半经验常数，与空泡的长度和空化数有关，通常情况下在1.5～2之间；ρ为空泡边界流体的密度。对上式进行积分，可以得到空泡截面扩张速度的表达式：
[0033][0034]其中：V(0)是0时刻回转体的运动速度，R
n
为回转体尾部半径。对空泡截面扩张速度再进行积分，就得到了某时刻空泡截面积S的表达式：
[0035][0036]式中：S0为空化器的面积，S0＝πR
02
，R0为空化器半径。将同一时刻各个截面的面积沿回转体轴线绘制出来，就得到了某一时刻的完整的空泡的形态。
[0037]步骤二：建立定常空泡模型
[0038]依据独立膨胀原理，苏联科学家给出了近似解，提出了定常条件下的Logvinovich空泡模型，其空泡模型描述的空泡形态的表达式如下：
[0039][0040]其中：x为空泡截面到头部空化器的距离，R
c
(x)为x处空泡截面的半径，R
n
为空化器半径，x1表示一致截面的位置，x＝2R
n
，R
k
为空泡最大半径，L
k
为空泡长度。
[0041]对于大长细比回转体高速入水的非定常过程，上述空泡模型的预示效果较差，所以利用数值仿真技术对空泡形态进行拟合以修正空泡模型。下面对本专利技术实施例提出的空泡模型修正步骤进行说明：
[0042]包括如下步骤：
[0043]首先建立大长细比回转体模型，回转体长细比为外形如图2所示。
[0044]选取回转体不同的入水速度以及入水角度作为初始条件，利用CFD软件进行数值
仿真，得到不同空化数的空泡演化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大长细比回转体入水空泡演化模型构建方法，所述大长细比回转体头部设有空化器，其特征在于，包括如下步骤：建立大长细比回转体的定常空泡模型；选取不同的回转体入水参数作为初始条件进行数值仿真，得到不同空化数的空泡演化过程，通过测量仿真结果得到空泡长度以及最大空泡直径，对空泡长度、直径与空化数进行拟合，得到空泡形态与空化数的关系：其中，R
n
为空化器半径，σ为空化数，p0表示空泡外的环境压力，p
c
表示饱和蒸汽压，通常为3540Pa，为动压，ρ为水的密度，v为回转体速度，R
k
为空泡最大半径，L
k
为空泡长度；对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：白瑜亮，王小刚，荣思远，张梓晨，单永志，周宏宇，王帅，韩秀杰，徐天富，张龙，郭建明，王晓光，马晓冬，张欢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：