摆动喷管尾喷压力对水下航行体尾空泡及弹道特性影响研究

吴小安; 胡常莉

弹道学报 ›› 2025, Vol. 37 ›› Issue (2) : 11 -20.

吴小安, 胡常莉

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摘要

航行体在水下垂直运动过程中极易受到海洋环境的影响而导致其运动姿态不稳定，无控和无动力发射已经难以适应大水深、强干扰的海洋环境。为此，综合运用PID控制、动态流体相互作用、动态嵌套/滑移网格技术等方法，构建了流体、运动、控制耦合的一体化数值计算方法，对水下有控助推航行体的运动过程进行数值模拟，分析了不同尾喷压力下(6 MPa、10 MPa、12 MPa)摆动喷管控制航行体的尾空泡演化规律及其弹道特性。结果表明：在超音速射流与尾空泡的融合过程中，受界面不稳定性以及喷管摆动的影响，尾部气团发生断裂，随着喷管压力的上升，断裂的时间有所提前。尾喷空泡内存在复杂的波系结构，喷管压力较大时，射流的欠膨胀程度大，燃气泡内存在多处膨胀压缩形成的高低压交错分布区域，随着时间的发展，喷管出口附近出现垂直于轴线的马赫盘。此外，喷管压力越大，由尾喷流引起的干扰力矩也越大。喷管压力从6 MPa增大到12 MPa时，航行体运动过程中的最大偏转角度减小了18.5%,超调量从32%减小到22%,航行体姿态波动小，弹道稳定性好。