超空泡航行体入水弹道及稳定性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clhsmith001
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将超空泡航行体的水下高速航行优势,与空投航行体的跨介质突防能力相结合,即可形成一种极具应用潜力的高速入水、打击水下目标的新型跨介质超空泡航行体。该超空泡航行体的入水过程,存在着强非线性载荷与非定常演化空泡的互相耦合,其受力特性和空泡的演化特性,都与一般的水下航行体有很大区别,进而影响了入水过程中的弹道稳定性与姿态控制方法。本文采用理论推导和程序仿真的方法,研究了超空泡航行体入水过程的载荷特性和入水空泡的演化特性,建立了超空泡航行体入水过程的动力学模型,分析了超空泡航行体入水过程的弹道特性和姿态特性。具体研究内容及成果如下:基于俄罗斯“暴风”鱼雷,设计了超空泡航行体的简化模型;基于空泡截面独立膨胀原理,以空化器的轨迹为空泡中心线,预测了入水空泡的轮廓,计算得到了入水空泡演化特性;基于动量定理推导了圆盘空化器在流动形成阶段所受到的冲击力,对入水冲击力进行了修正,在空泡敞开阶段,考虑到空泡与大气的连通,将大气压作为空泡内压力来修正空化数的表达式。基于经典力学相关理论和方法,建立了超空泡航行体入水过程的动力学模型。考虑到入水空泡非定常演化的几何拓扑,分析了空泡与航行体不同相对位置下的航行体受力特性,推导了以航行体几何中心为原点的、速度坐标系下的动力学方程组,并根据航行体的轴对称特点,将动力学模型简化到纵平面。建立了超空泡航行体入水弹道预示方法,分析了典型工况下超空泡航行体入水过程的载荷及弹道姿态特性;通过对空泡特性的分析开展了入水扰动对航行体受力特性的影响研究;改变空化器直径、质心位置、入水速度、入水俯仰角等参数,开展了弹体参数、环境初始参数对超空泡航行体入水段的弹道与姿态特性、受力与空泡特性的影响研究。超空泡航行体倾斜入水后,在无控情况下,下潜到最深位置后可能会迅速上浮直至出水。为了建立水下巡航过程的起始姿态,本文开展了入水调平开环控制方法研究。给出了一定的发动机推力控制下的空化器及尾舵舵角开环控制规律,经过仿真发现,航行体在水深30米左右能够保持动态平衡,深度、速度保持基本稳定,但是其姿态稳定性弱于弹道稳定性。
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