潜射航行体出水过程空泡流动机理研究

In the water-exit process, submarine-launched vehicles cross the interface of different medium. In this process, density of the environment and motion velocity vary greatly. As a result, the power load is significantly changed, which affects the pose and motion stability of the vehicle. This project focuses on the complex multiphase unsteady flow in the water-exit process. Through experimental and numerical study, this project aims to solve two problems as: interaction mechanism between multiphase medium, collapsing mechanism of the ventilated cavity and its effect on the vehicle. In this study, small-scale gas injecting experiment platform will be developed and related numerical method will be improved. There are two innovative points of this study. The first one is that the tube-exit process, under water free movement process and crossing surface process of the vehicle are integrally studied through the small-scale gas injecting experiment platform. And the second one is that a numerical method is developed for the unsteady ventilated super-cavitating flow in water-exit process of vehicles. Results of this project can not only have theoretical significance but also improve the technology of submarine-launched vehicles.

潜射航行体的出水过程是一个穿越不同介质界面，环境介质密度和运动速度等参数剧烈变化的非定常、非线性多相运动过程，将引起流体动力或运动载荷的大幅变化，影响水下航行体出水姿态以及运动稳定性，是航行体水下发射的关键问题。本项目针对潜射航行体出水过程发生的复杂多相流非定常流动，通过实验与数值模拟相结合的方法对如下问题展开研究：航行体出水过程多相介质间的相互作用机理；航行体出水过程通气空泡溃灭机理及其对航行体的影响。研究中将研制小尺度气体弹射实验平台，并对现有的相关数值计算方法进行完善。本项目的创新之处在于：通过研发小尺度气体弹射实验平台，实现了潜射航行体出筒- - 水下自由运动过程- - 穿越水面全过程的实验室模拟；建立了针对航行体出水过程的非定常通气超空泡流动数值模拟方法。其研究成果不仅具有理论意义，同时有助于推动潜射航行体技术的发展，具有较强的现实意义。

潜射航行体的出水过程是一个穿越不同介质界面，环境介质密度和运动速度等参数剧烈变化的非定常、非线性多相运动过程，将引起流体动力或运动载荷的大幅变化，影响水下航行体出水姿态以及运动稳定性，是航行体水下发射的关键问题。本项目针对潜射航行体出水过程发生的复杂多相流非定常流动，通过实验与数值模拟相结合的方法对航行体出水过程多相介质间的相互作用机理以及航行体出水过程通气空泡溃灭机理及其对航行体的影响进行了研究。研究中研制了小尺度气体弹射实验平台，实现了瞬时空泡形态、气液界面和多相流场结构的数据采集与处理分析；并以此为基础，研究多相流动的数值计算技术、动网格技术的应用和自由界面处理技术，实现通气多相流动和航行体运动的耦合计算方法, 从而获取水下发射过程中通气空泡的形成、发展和溃灭的物理景象，揭示空泡溃灭流场结构演化和流体动力形成机理。本项目的创新之处在于：通过研发小尺度气体弹射实验平台，实现了潜射航行体水下自由运动过程-穿越水面全过程的实验室模拟；建立了针对航行体出水过程的非定常通气空泡流动数值模拟方法。其研究成果不仅具有理论意义，同时有助于推动潜射航行体技术的发展，具有较强的现实意义。