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波浪作用下航行体出水过程数值模拟研究

摘要

航行体水下运动及出水过程涉及多个复杂的物理现象，是潜射航行体水下发射过

程不可忽略的重要环节。以潜艇为作战平台的航行体出水后不仅具有垂直方向的初速

度，也具有与潜艇运动方向相同的水平初速度。航行体向上运动过程中肩部空泡的对

称性会受到艇速的显著影响，导致其呈现非对称特性，从而导致航行体运动轨迹发生

偏转现象。当航行体穿越相界面涉及到空泡溃灭等物理现象，使其受到强烈的载荷冲

击，进一步加剧的航行体偏转。除此之外还有一些发射参数以及不同海况影响航行体

出水后姿态，研究这些因素对提高发射成功率以及指导潜射航行体模型试验具有重大

的意义。

本文运用Fluent软件基于重叠网格技术，对波浪作用下航行体出水过程中流场特

性以及动力特性进行深入研究，其中包括艇速、初速度等因素对航行体水下运动轨迹

及出水姿态的影响，通过分析仿真数据得出航行体水下的运动学特性及载荷特性的变

化规律。在此基础上考虑不同等级波浪对航行体出水过程的影响，航行体从液相进入

气相过程中力学环境变化剧烈，波浪力会增大这一过程的复杂性，使其表面压力分布

不均匀，局部载荷加大。主要结论如下：

（1）基于相同波浪等级下，航行体具有初始艇速越大，其弹道向艇速方向弯曲程

度越大，艇速为1m/s时航行体向艇速方向偏转最大位移为1.4m。不同艇速下航行体出

水弹道相似，艇速使航行体肩部空泡非对称性更强，影响其表面压强，导致航行体出

水弹道发生弯曲。

（2）波浪等级越大对于航行体水平方向冲击作用越大，航行体在五级波浪作用下

出水时偏转角度为11.38°，对于航行体出水产生不利影响，三级和四级波浪偏转角小

于7°对于航行体出水影响相对较小。

（3）基于三级波浪等级下，航行体在波峰相位出水时质心水平偏转位移最大，三

级波浪下航行体波峰相位出水最大偏转位移为0.924m，对航行体出水产生不利影响。

航行体在三级波浪下270°相位出水时的质心水平偏转位移为0.04m，相比较于波峰、

波谷、90°相位的偏转位移最小，出水过程更加平稳，作为理想的出水相位。

关键词：出水过程；波浪；艇速；数值模拟

波浪作用下航行体出水过程数值模拟研究

Abstract

Theunderwatermovementofthenavigationalbodyandtheprocessofleavingthewater

involvesanumberofcomplexphysicalphenomena,whichisanimportantpartofthesubmarine

launchingprocessthatcannotbeignored.Thesubmarineasacombatplatformhasnotonlythe

verticalinitialvelocitybutalsothehorizontalinitialvelocityinthesamedirectionasthe

submarine.Thesymmetryoftheshouldervacuoleduringtheupwardmovementofthe

navigationalbodywillbesignificantlyaffectedbythespeedoftheboat,resultinginits

asymmetriccharacteristics,whichleadstothedeflectionofthenavigationalbodytrajectory.

Whenthehullcrossesthephaseinterface,whichinvolvesphysicalphenomenasuchasthe

collapseofthevacuole,thehullissubjectedtoastrongloadimpact