以地面系为参考坐标系,射弹沿Y 方向垂直入水,分析弹体在入水过程中的纵平面弹道特性,探究射弹X 向、Y 向速度变化,质心位移变化,弹体偏转角及偏转角速度变化。由于0°攻角入水时弹体理论上不发生偏转且无侧向速度,因此本节只探究1.5°和3°攻角下的弹道参数变化,以入水距离2 倍弹长作为计算终止条件。
图10 和图11 显示,射弹1.5°攻角入水2 倍弹长后,Y 向(轴向)速度由1 000 m/s 减至995.5 m/s,X 向(侧向)速度由0 增至0.7 m/s,增幅较缓慢;3°攻角入水2 倍弹长后Y 向速度减至994.2 m/s,X向速度增至4.5 m/s,增幅较剧烈。攻角越大,射弹Y 方向横截面积越大,阻力越大,Y 向速度衰减越大;攻角越大,弹体侧向受力越大,X 向速度增幅越大。不同攻角下射弹入水2 倍弹长时轴向速度的衰减与初速相比均较小,在探究射弹入水空泡变化时可忽略弹体速度变化。
图10 Y 向速度随时间变化曲线
图11 X 向速度随时间变化曲线
图12 显示,1.5°攻角入水时随着入水距离的增加弹体轴线绕质心的偏转角逐渐增大,入水2 倍弹长后弹体偏转了约0.35°;3°攻角入水时,随着入水距离的增加弹体偏转角先略微增大后减小最终反向增大,增幅远大于1.5°攻角,入水2 倍弹长后偏转角达到1.1°。射弹不同攻角垂直入水时,沾湿位置不同导致弹体受力不同,最终导致偏转方向存在差异。射弹1.5°攻角入水时只有尾翼沾湿,弹体尾翼受力后始终保持同一偏转方向,3°攻角入水时弹体第二锥段先沾湿而后尾翼沾湿,由于锥段在质心之前,弹体先受到锥段产生的侧向力产生正向偏转,而尾翼沾湿后会产生更大的侧向力使弹体反向偏转。
图13 显示,3°攻角入水时超空泡射弹在1.5×10 -4 s之前具有正的偏转角速度,随着入水距离的进一步增加偏转角速度逐渐反向并且持续增加,入水2 倍弹长后达到约140 rad/s;1.5°攻角入水时偏转角速度持续增大,但增幅较小,最终达到40 rad/s。攻角越大,偏转角速度越大,偏转角的演变规律与偏转角速度特性曲线相符。(www.xing528.com)
图12 偏转角随时间变化曲线
图14 显示,射弹以1.5°和3°攻角垂直入水时,由于弹体沾湿受力发生偏转,质心均产生了X 向位移,入水攻角越大X 向位移越大,入水后期位移曲线呈线性变化,入水2 倍弹长时1.5°攻角和3°攻角的X 向位移分别为0.1 mm 和0.75 mm。
图13 偏转角速度随时间变化曲线
图14 质心位移曲线
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