基于SPH法圓柱形航行體入水沖擊特性

 

1 研究背景及意義

從上個(gè)世紀(jì) 20 年代起，眾多學(xué)者就從理論上和實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行著手，對(duì)入水沖擊現(xiàn)象、沖擊載荷變化規(guī)律等方面開(kāi)展了大量的研究工作。通過(guò)對(duì)入水沖擊問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，入水問(wèn)題的研究對(duì)象多集中在小型運(yùn)動(dòng)體（如楔形體、圓柱體、射彈等），對(duì)于大尺度航行體入水沖擊問(wèn)題研究較少，對(duì)此有許多重要問(wèn)題尚未得到解決，一方面是由于大尺度航行體高速入水進(jìn)行試驗(yàn)的成本較高、測(cè)試難度較大，根據(jù)已公開(kāi)發(fā)布的文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)僅有部分水池支持實(shí)驗(yàn)測(cè)試但研究深度和廣度較為有限，尚無(wú)法為該類研究提供成熟的技術(shù)支持。另一方面，大尺度航行體高速入水時(shí)間極短，對(duì)于速度、載荷等的監(jiān)測(cè)和計(jì)算難度較大，因此采用仿真方法對(duì)該過(guò)程進(jìn)行研究顯得尤為重要。

 

2 計(jì)算模型

3 LS-DYNA計(jì)算模型

4 計(jì)算結(jié)果

航行體入水的過(guò)程包括撞水、侵水、全沾濕后航行主要階段。 撞水階段指的是，運(yùn)動(dòng)體在其頭部接觸水面的極短時(shí)間內(nèi)，頭部與水面發(fā)生碰撞。 當(dāng)?shù)谝浑A段撞水結(jié)束以后，高速航行體以一定速度向四周排水，使周?chē)w發(fā)生流動(dòng)，隨航行體進(jìn)入水中體積的逐漸增大，自由液面的隆起也變得越來(lái)愈越大，與水的接觸面隨之增大，從而擴(kuò)大了航行體的沾水面積。此階段稱為“侵水階段”。全浸濕后運(yùn)動(dòng)階段作為航行體入水過(guò)程的最后一個(gè)階段，航行體表面的空泡完全消失，整個(gè)彈體表面都與開(kāi)始水接觸，之后運(yùn)動(dòng)體進(jìn)入了受控的彈道狀態(tài)。

 

5 小結(jié)

     本文主要針對(duì)圓柱型航行體入水的載荷特性展開(kāi)了數(shù)值仿真研究，但是鑒于研究的局限性，尚有許多問(wèn)題需值得深入研究：

（1）入水過(guò)程時(shí)間極短、受力變化復(fù)雜，該過(guò)程中航行體的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較為重要

（2）對(duì)于局部某點(diǎn)的載荷速度變化比如航行體頭部區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，可以更好地反映載荷特性。

（3）需要從航行體材料和彈性等的變化方面進(jìn)行仿真研究或?qū)嶒?yàn)。