斜截头圆柱入水空泡及流动特性计算研究

摘要

现阶段跨介质武器在复杂作战环境中面临非对称性流体动力学问题，涉及空泡非对称演化和自由液面变形等强非线性过程。针对非对称物体跨介质水动力特性，建立三维数值模型，采用CFD方法模拟斜截头圆柱入水过程，包括头空泡的形成、圆柱体的旋转及尾空泡的产生，详细研究了不同入水角度对空泡演化及多相流场的影响。将数值计算结果与实验数据进行比较，验证了所提出的数值模型的准确性。数值结果表明，斜截头圆柱入水后由于头部的不对称产生俯仰力矩，导致圆柱体逆时针旋转，在旋转过程中形成非对称空泡，随后圆柱体尾部撞击空泡壁面产生反作用力，影响圆柱体的旋转速率，空泡更加趋于不对称；圆柱体的空泡闭合模式及压力特性随入水角度的变化而变化，尤其在初入水时受到的压力有很大差异；圆柱体入水过程中受初始碰撞、尾部撞击空泡壁面、空泡闭合等影响，引起高压区和高速区的变化，压力场、速度场的演变也随入水角度变化而具有不同的分布特征。

关键词

斜截头圆柱 / 计算流体力学 / 空泡演化 / 入水试验

基金资助

装备重大基础项目(909120703); 瞬态冲击技术重点实验室基金(JCKY2023209C001)