超空泡航行器入水弹道稳定机理和初始弹道强机动技术

For the core scientific problems on hydrodynamic layout and initial hydroballistics stability mechanism for cross-media supercavitating vehicles, this project intends to adopt theoretical analysis, numerical simulation and experimental methods. Gas and water collaborative hydrodynamic layout will be studied, in order to obtain design criterion of damping section and water inlet accessories. Attack of supersonic water entry and initial hydroballistics stability mechanism will be studied, to obtain the influence law of air cushion and shock wave on hydroballistics stability, law of wet and motion in the process of water entry. Vertical plane strong maneuvering technology of initial hydroballistics will be researched, in order to obtain the effect of super cavitating flow and fluid inertia on the supercavity shape, and obtain the controllable domain of motion parameters and the hydrodynamic parameters. Considering research results of hydrodynamic characteristics, cavity development and space dynamic model, the whole trajectory simulation will be developed, in order to explore the optimization scheme of cross-media hydrodynamic layout. And, experiment on cross-media supercavitating vehicles will be carried out, to verify the correctness of the theoretical results. The research results above will form the overall technical scheme of cross-media supercavitating vehicles, which lays the foundation for future research of cross-media supercavitating vehicles.

针对跨介质超空泡航行器流体动力布局和超音速入水初始弹道稳定机理研究的核心科学问题，本项目拟采用理论分析、数值仿真和试验相结合的方法，研究超空泡航行器气/水协同流体动力布局，获得弹体减振环节、空投入水附件的设计准则；研究超音速入水抨击和入水初始弹道稳定机理，获得入水气垫及激波对弹道稳定性的影响规律、入水过程弹体沾湿规律和运动规律；研究航行器入水初始弹道的纵平面强机动技术，获得非定常超空化流动和流体惯性对超空泡形态的影响规律，取得运动参数和流体动力参数的可控定义域；综合流体动力特性、空泡发展规律和空间运动模型的研究结果，开展航行器的全弹道仿真研究，探索跨介质超空泡航行器流体动力布局优化方案；开展跨介质超空泡航行器的试验技术研究，验证基础理论研究结果的正确性；以上研究成果将形成跨介质超空泡航行器的总体技术方案，为未来跨介质超空泡航行器的研究奠定基础。

本项目提出的跨介质超空泡航行器新技术，将空中导弹飞行技术与水下超空泡航行器高速突防攻击技术有机结合，充分利用航行器的远程、快速打击优势，以及超空泡高速航行器的水下突防、高效毁伤优势，对大型水面舰艇防御体系的建立具有革命性意义。项目组针对航行器超音速入水气-液-汽三相两态的可压缩相变、携泡入水初始弹道的改平控制、水下超空泡航行的振荡运动特性的非线性在线获取、空中-入水-水下的全弹道建模与仿真等关键科学问题，研究了超空泡航行器气/水协同流体动力布局，获得了弹体减振环节、空投入水附件的设计准则；研究了超音速入水抨击和入水初始弹道稳定机理，获得了入水气垫及激波对弹道稳定性的影响规律、入水过程弹体沾湿规律和运动规律；研究了航行器入水初始弹道的纵平面强机动技术，获得了非定常超空化流动和流体惯性对超空泡形态的影响规律，取得了运动参数和流体动力参数的可控定义域；综合流体动力特性、空泡发展规律和空间运动模型的研究结果，开展了航行器的全弹道仿真研究，优化了跨介质超空泡航行器流体动力布局方案；开展了100mm口径跨介质超空泡航行器的“小角度斜入水 + 预置固定舵角”的试验技术研究，验证了基础理论研究结果的正确性，实现了航行体最大超过200°/s的水下超空泡状态机动航行。研究成果为跨介质超空泡航行器的研究和研制奠定了基础。