研究阻力及空泡形态

对于采用滑膛炮发射的尾翼稳定超空泡射弹，入水过程可以按照单平面运动处理，本文以攻角为变量，探究入水阻力特性及空泡形态的变化规律。射弹垂直入水速度为1 000 m／s，初始偏转角速度为0，考虑水的压缩性，初始攻角分别为0°、1.5°、3°。

图6 所示为射弹以1 000 m／s 垂直入水时0°、1.5°、3°攻角空化器阻力系数曲线，前0.002 ms 为空中运动段，射弹在触水前所受阻力很小，0.002 ms 之后射弹开始入水，阻力系数值不断增大，0.002 6 ms 阻力系数达到峰值，此时入水冲击力最大，此后阻力系数不断减小并最终趋于稳定，射弹在0.003 ms 时接触水面，但入水冲击的阻力峰值提前出现。不同攻角的阻力特性变化规律基本一致，攻角越大空化器阻力系数峰值越小，峰值出现的时间略微延后。0°攻角时阻力系数峰值为-12.5，约为稳态阻力系数的9 倍，1.5°、3°攻角时阻力系数峰值分别为-12、-11，不同攻角的冲击曲线脉宽均约为1.2×10 -6 s。

图6　0°、1.5°、3°攻角入水空化器阻力系数曲线

图7～图9 分别为射弹0°、1.5°和3°攻角入水时不同距离对应的空泡形态，L 为弹长，不同攻角下的入水空泡有显著差异。0°攻角入水时，除空化器外其余部分均不沾湿，空泡沿弹体轴线对称，随着入水距离的增加自由液面对空泡形态的影响逐渐减弱，入水1.25 倍弹长后弹身附近空泡形态基本保持不变。1.5°攻角入水时，入水距离小于1 倍弹长时弹体不沾湿，超过1 倍弹长之后仅尾翼发生沾湿，射弹壁面的挤压导致弹体两侧的空泡呈现出不对称性，尾翼沾湿后产生二次空泡。3°攻角入水时，弹体第二锥段入水即沾湿，入水距离超过1 倍弹长之后尾翼及其附近的弹身沾湿，空泡不对称性加剧，尾翼拉出的二次空泡更大。入水攻角越大，自由面受到砰击产生的飞溅更明显。分析结果可知，入水2 倍弹长时弹体空泡外形特征和阻力特性均趋于稳定，自由液面对弹体空泡基本无影响，此时可认为超空泡射弹的入水弹道结束并转入水下弹道。

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图7　0°攻角入水空泡发展过程

图8　1.5°攻角入水空泡发展过程

图9　3°攻角入水空泡发展过程