錐頭圓柱體高速入水空泡數值模擬

馬慶鵬 魏英杰 王 聰 曹 偉

(哈爾濱工業大學 航天學院，哈爾濱 150001)

航行體以一定的初速度穿越氣水界面進入水中這一過程稱之為入水過程.關于入水問題的研究，最早可以追溯到19世紀末，A.M.Worthington和 R.S.Cole［1］利用高速閃光相機、玻璃水槽等設備開展了球體垂直入水實驗，闡述并分析了球體入水各個階段的流動現象.二戰后，美國海軍基于對空投魚雷研制的需求，召集諸多學者開展了大量的入水實驗研究.美國海軍軍械實驗室(NOL)的 D.Gilbarg 和 R.A.Anderson［2］通過實驗研究了大氣壓力對球體入水噴濺和空泡的影響規律，分析了弗勞德數在入水空泡和噴濺模擬中的影響.A.May 和 J.C.Woodhull［3－5］在此基礎上開展了大量的球體及錐體、圓盤等軸對稱航行體的入水實驗，得到了入水空泡的發展規律以及入水過程的流體動力、入水彈道以及阻力系數等實驗數據.公開文獻顯示，這一階段的入水實驗大多以低速(小于空氣中聲速)為主.在高速入水方面，1946年普林斯頓大學的 E.N.Harvey和 J.H.Mc-Millen［6］在美國國防研究委員會的報告中研究了鋼制球體在約243～914m/s速度范圍內的入水問題，并通過實驗觀察到了入水時產生的彈性激波.在此之后，公開文獻沒有400m/s以上入水速度的實驗開展.在理論研究方面，M.Lee等人［7］從能量守恒的角度，建立了結構入水過程能量轉換方程，得到了空泡半徑及空泡壁面擴張速度的表達式，在此基礎上求解了球體以500m/s初始速度入水的空泡形態及擴張速度.

國內，何春濤、王聰等［8－9］開展了錐頭圓柱體在2～56m/s范圍……