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双航行体出水过程空泡流态特性及压力载荷分析

摘要

航行体在水下做高速运动时，周围流场的压强会迅速减小，当压强小于饱和蒸气

压时，原本溶于水中的气体会迅速析出，形成空泡。在出水过程中产生的空泡会对航

行体出水时的姿态和稳定性造成重要的影响。目前为止，对于空化流的研究主要集中

在单航行体上，对于双航行体出水过程则少有研究。然而，在实际应用当中，时常会

出现双航行体甚至多航行体同步或异步出水的情况。因此，对双航行体出水过程的空

泡流态特性和载荷特性进行研究和分析是十分必要的。另外，考虑到主动通气技术已

经成为主流的水下航行体减阻技术，但是这项技术在双航行体甚至多航行体同步或异

步出水过程中的应用却少之又少，因此本文在自然空化双航行体出水过程的基础上，

又对主动通气情况下的双航行体出水过程进行了研究。具体工作如下：

首先从对双航行体垂直出水的实验系统进行介绍，包括如何实现双航行体同异步

出水的装置、出水过程记录方法、主动通气系统和压力测量系统进行介绍。同时，对

实验过程以及压力测量过程的可重复性进行了验证。

其次，利用实验方法对自然空化下的双航行体同异步垂直出水过程进行研究，以

单航行体出水过程为对照，详细分析同步、异步出水过程中发射速度、环境压力以及

水平、纵向距离对空泡的尺寸和发展过程的影响。

接下来对主动通气条件下双航行体垂直出水过程进行实验，同样将单航行体出水

过程作为对照，详细分析了同异步出水过程中通气量、发射速度、压力环境以及水平、

纵向距离对空泡的尺寸和发展过程的影响。

最后对自然空化条件下以及主动通气条件下航行体表面的压力载荷脉动特性进行

研究，首先分析了同步出水以及异步出水过程中压力脉动的完整过程，并与单航行体

进行对比；其次讨论了发射速度、水平、纵向距离对压力载荷的影响。

关键词：双航行体；水下发射；主动通气；压力载荷；空化

双航行体出水过程空泡流态特性及压力载荷分析

Abstract

Whenthevehicleismovingathighspeedunderwater,thepressureofthesurrounding

flowfieldwilldecreaserapidly.Whenthepressureislowerthanthesaturatedvaporpressure,

thegasoriginallydissolvedinthewaterwillbeprecipitatedrapidly,formingcavitation.The

cavitationgeneratedintheprocessofexitingthewaterwillhaveanimportantimpactonthe

attitudeandstabilityofthevehiclewhenexitingthewater.Sofar,theresearchoncavitation

flowmainlyfocusesonthesinglevehicle,andthereislittleresearchontheprocessofdouble-

vehiclewaterexit.However,inpracticalapplications,itoftenhappensthatdoublevehiclesor

evenmultiple-vehiclesexitwatersynchronouslyorasynchronously.Therefore,itisvery

necessarytostudyandanalyzethecavitationflowcharacteristicsandloadcharacteristicsof

thedouble-vehiclewaterexitprocess.Inaddition,consideringthatactiveventilation

technologyhasbecomethemainstreamdragreductiontechnologyforunderwatervehicles,