亚音速超空泡射弹尾拍动力学响应与马赫数影响分析

"亚音速超空泡射弹尾拍动力学响应分析 (2012年)，魏英杰，何乾坤，王聪，曹伟，张嘉钟，哈尔滨工业大学航天学院" 这篇论文主要探讨了亚音速超空泡射弹在运动过程中遇到的一种特殊现象——尾拍（tail-slap），即射弹在水中高速移动时，其尾部与空化腔内部表面产生的周期性撞击。这种现象受到水的可压缩性以及流体与结构相互作用的影响，对射弹的动力学响应有显著影响。 作者们首先强调了在高速运动条件下，水的可压缩性是一个不可忽视的因素，它对射弹的尾拍运动起着关键作用。在传统的水动力学分析中，水通常被视为不可压缩流体，但在超音速或接近音速的运动中，这一假设不再适用。因此，论文考虑了流体的可压缩性，这对理解射弹的行为至关重要。 为了研究这一问题，研究人员建立了一个无约束的动力学方程，该方程能够反映流体与射弹结构之间的耦合效应。通过使用有限元方法，他们求解了这个方程，从而得到了超空泡射弹在尾拍载荷下的动力学响应情况。有限元法是一种强大的数值计算工具，能有效地处理复杂几何形状和非线性问题，非常适合于这样的研究。 分析结果显示，在亚音速条件下，流体的可压缩性不仅增加了射弹刚体转动的周期和幅度，还加剧了弹性振动位移。此外，随着马赫数的增加，也就是射弹速度接近或超过音速时，流体可压缩性对结构弹性位移响应的影响也会逐渐增大。这意味着高速运动的射弹将面临更强烈的动态挑战，可能会影响其稳定性和性能。 关键词“超空泡射弹”指的是一种在水中移动时产生空化现象的特殊子弹或炮弹，它的头部前方形成一个低压空腔，大大减小了水的阻力。“尾拍”是射弹运动中的一个重要现象，可能导致射弹的不稳定性。“亚音速流”是指流体速度低于音速的流动状态。“动力学响应”是指系统对外部激励的动态行为反应，此处特指射弹在尾拍影响下的运动变化。“有限元法”是数值计算的一种方法，用于解决复杂的工程问题。 这篇论文的研究对于理解和优化高速水下射弹的设计具有重要意义，特别是在军事、海洋工程等领域，可以帮助设计出更高效、更稳定的超空泡射弹。同时，这些研究成果也对水下物体动力学研究提供了新的理论依据和技术手段。