[发明专利]一种水下高速航行的航行体流体结构及模型仿真方法

说明书

本发明提供了一种水下高速航行的航行体流体结构及模型仿真方法，包括依次连接的空化器、双锥段和柱段；双锥段包括依次连接的前锥段和后锥段，前锥段与空化器连接，后锥段与柱段连接；前锥段的半锥角大于给定航行体半锥角，后锥段的半锥角小于给定航行体半锥角。本发明改进后的双锥段航行体由于肩部后移，避免了超出空泡范围而沾湿，提升了航行体的水下航行稳定性。

技术领域

本发明涉及水下航行体技术领域，具体涉及一种水下高速航行的航行体流体结构及模型仿真方法。

背景技术

常规的水下高速航行体通常是由空化器、锥段和柱段三个部分组成，在水下航行体的高速航行过程中，航行体与水的高速相对运动会使两者之间的水发生空化现象，形成空泡包裹住航行体，以减小航行体受到的阻力，从而提升其航行速度以及航程。但是在某些应用场景下由于空化数较大，航行体产生的空泡不能完全包裹航行体，甚至会在航行体的锥段部分闭合，使航行体的肩部沾湿，进而影响航行体的稳定性。

因此，如何提供一种可以避免出现肩部沾湿从而提高航行体稳定性的水下高速航行的航行体流体结构及模型仿真方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种新型的水下高速航行体流体结构，将常规的单锥柱结合改为双锥段与柱段的结合方式，保证在航行体有效容积不变的情况下，使得改造后的航行体在相同应用场景下避免出现肩部沾湿影响航行体稳定性的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种水下高速航行的航行体流体结构，包括：依次连接的空化器、双锥段和柱段；所述双锥段包括依次连接的前锥段和后锥段，所述前锥段与所述空化器连接，所述后锥段与所述柱段连接；所述前锥段的半锥角大于给定航行体半锥角，所述后锥段的半锥角小于所述给定航行体半锥角。

优选的，所述空化器的直径D_n＝0.4D，D为柱段直径；所述航行体的长细比L/D＝17，L为航行体的长度。

本发明还公开一种水下高速航行的航行体流体结构的模型仿真方法，包括：依据独立膨胀原理，构建定常条件下的Logvinovich空泡模型，其空泡模型描述的空泡形态的表达式为：

其中，x为空泡截面到头部空化器的距离，R_c(x)为x处空泡截面的半径，R_n为空化器半径，x₁表示一致截面的位置，x₁＝2R_n，R₁＝1.92R_n，R_k为空泡最大半径，L_k为空泡长度；

依据所述空泡模型，选取航行体的航行仿真工况对所述航行体进行仿真。

优选的，空泡最大半径R_k和空泡长度L_k的表达式为：

其中，σ为空化数，C_x0为空化数为0时的空化器阻力系数，通过大量试验获得一般为0.82。

优选的，所述航行仿真工况包括所述航行体的航行深度和航行速度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明改进后的双锥段航行体由于柱段与锥段连接处，即肩部后移，没有与空泡边缘接触，所以避免了肩部沾湿，就不会对航行体的稳定性产生影响，最终说明了本发明的新型双锥段航行体流体外形设计的有效性。

附图说明