空化器直径对超空泡航行器空泡性能的影响

doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2017.12.012

摘要/Abstract

摘要： 为探索空化器直径对超空泡航行器受力性能和空泡性能的影响，针对具体超空泡航行器模型，建立计算流体力学(CFD)模拟数学模型，并进行了模拟分析.分析结果表明：航行器阻力系数随着空化数的增加，先缓慢线性增加到临界空化数，随后快速非线性增加；空化器直径越大，全空化状态下航行器的阻力系数、临界空化数和航行器在大空化数下的阻力系数越大，并且航行器产生空泡的能力越强.

关键词: 超空泡, 空化器, 直径, 计算流体力学

Abstract: Based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, two-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations are performed to investigate the influence of the cavitator diameter on the hydrodynamic forces and cavitation bubble of the supercavitating underwater vehicle. Results show that the drag of the underwater vehicle increases linearly with the increase of the cavitation number until the critical value, and then grows fast and nonlinearly. The increase of the cavitator diameter leads to an increase of drag for large cavitation numbers, and it also increases the critical cavitation number.

Key words: supercavitating, cavitator, diameter, computational fluid dynamics (CFD)

中图分类号:

TJ 630.2

李懿霖,宋保维. 空化器直径对超空泡航行器空泡性能的影响[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(12): 1488-1492.

LI Yilin，SONG Baowei. Influence of the Cavitator Diameter on the Performance of a Supercavitating Underwater Vehicle[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2017, 51(12): 1488-1492.

参考文献

［1］陈兢. 新概念武器——超空泡水下高速武器［J］. 飞航导弹, 2004 (10): 34-37. CHEN Jing. New concept weapon—Supercavitating underwater high-speed weapons［J］. Winged Missiles Journal, 2004(10): 34-37. ［2］林明东, 胡凡, 张为华. 超空泡航行体锥形空化器优化设计［J］. 国防科技大学学报, 2010, 32(4): 37-41. LIN Mingdong, HU Fan, ZHANG Weihua. Optimal design of conical cavitator of supercavitating vehicles［J］. Journal of National University of Defense Technology, 2010, 32(4): 37-41. ［3］姜俊, 刘文化, 刘忠，等. 一种超空泡空化器优化设计方法［J］. 海军工程大学学报, 2010, 22(6): 60-64. JIANG Jun, LIU Wenhua, LIU Zhong, et al. A method for optimal design of a supercavitating cavitator［J］. Journal of Naval University of Engineering, 2010, 22(6): 60-64. ［4］邢彦江, 张嘉钟, 曹伟，等. 尾翼楔角对通气超空泡特性影响试验研究［J］. 哈尔滨工业大学学报, 2013, 45(1): 25-29. XING Yanjiang, ZHANG Jiazhong, CAO Wei, et al. Experimental investigation of the effect of tail wings wedge angle on ventilated supercavity hydrodynamic［J］. Journal of Harbin Institute of Technology, 2013, 45(1): 25-29. ［5］栗夫园, 党建军. 带翼锥形空化器的流体动力特性分析［J］. 鱼雷技术, 2016, 24(3): 172-176. LI Fuyuan, DANG Jianjun. Hydrodynamic characteristics of conical cavitator with fins［J］. Torpedo Technology, 2016, 24(3): 172-176. ［6］周景军, 于开平. 空化器倾斜角对超空泡流影响的三维数值仿真研究［J］. 船舶力学, 2011, 15(1/2): 74-80. ZHOU Jingjun, YU Kaiping. Three dimensional numerical simulation on the influence of cavitator inclination angle to supercavity flow［J］. Journal of Ship Mechanics, 2011, 15(1/2): 74-80. ［7］PENDAR M R, ROOHI E. Investigation of cavitation around 3D hemispherical head-form body and conical cavitators using different turbulence and cavitation models［J］. Ocean Engineering, 2016, 112(2): 287-306. ［8］WANG Y, SUN X J, DAI Y J, et al. Numerical investigation of drag reduction by heat-enhanced cavitation［J］. Applied Thermal Engineering, 2015, 75: 193-202. ［9］GONG Yejun, ZHAN Jiemin, LI Tianzeng. Numerical investigation of the effect of rotation on cavitating flows over axisymmetric cavitators［J］. Journal of Hydrodynamics, 2016, 28(3): 431-441. ［10］AHN B K, JEONG S W, KIM J H, et al. An experimental investigation of artificial supercavitation generated by air injection behind disk-shaped cavitators［J］. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 2017, 9(2): 227-237. ［11］ROUSE H, MCNOWN J S. Cavitation and pressure distribution: Head forms at zero angle of yaw［R］. USA: State University of Iowa, 1948.

[1]	王志伟, 何炎平, 李铭志, 仇明, 黄超, 刘亚东. 基于计算流体力学的90° 弯管气液两相流数值模拟及流型演化[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(9): 1159-1167.
[2]	高昌昊, 宋文萍, 韩少强, 路宽, 王跃, 叶坤. 空空导弹过失速重新定向技术研究[J]. 空天防御, 2022, 5(3): 17-26.
[3]	陈志鑫, 汪怡平, 杨亚锋, 苏建军, 杨斌. 不同送风方式下大客车内飞沫传播特性研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(11): 1532-1540.
[4]	许海雨, 罗凯, 黄闯, 左振浩, 古鉴霄. 低弗劳德数通气超空泡初生及发展演变特性[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(8): 934-941.
[5]	张宇, 王晓亮. 基于径向点插值方法的柔性螺旋桨气动弹性模拟[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(9): 924-934.
[6]	王瑞, 肖瑶, 顾汉洋, 叶亚楠. 螺旋管内单相流动周向非均匀传热现象的数值模拟[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(7): 688-696.
[7]	胡安峰, 南博文, 陈缘, 付鹏. 基于砂土刚度衰减模型的修正p-y曲线法[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(12): 1316-1323.
[8]	杨俊龙，门燕青，廖少明，高东奇，苏逢彬. 大直径盾构浅覆土下穿铁路桥涵的影响分析及施工控制[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2019, 53(3): 297-304.
[9]	. 半潜式钻井平台风载特征及影响因素分析[J]. 海洋工程装备与技术, 2019, 6(3): 548-.
[10]	郁程，董小倩，杨晨俊. 侧推器体积力模型及其应用[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(3): 291-296.
[11]	马合龙, 廖晨聪, 王建华, 李耀良. 软土中超大直径钢顶管施工顶进及运营温差下的受力特性测试[J]. 上海交通大学学报, 2018, 52(11): 1444-1451.
[12]	朱梦瑞，吴兆勇，武剑，杜正春，杨建国. 基于误差椭圆理论与蒙特卡罗方法的圆直径测量不确定度评定[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(4): 393-.
[13]	朱小慧1,陈鹏1，方俊华2. 燃料特性和工况对直喷汽油机微粒排放的影响[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(1): 69-.
[14]	郑斌1，余海东1，林忠钦1，邹成2. 铝锂合金薄板自动钻铆残余应力特性[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(04): 595-600.
[15]	米百刚，詹浩. 先进飞行器动导数数值模拟新方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(04): 619-624.