水下航行体出水空泡发展和溃灭机理

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28820

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水下航行体出水空泡发展和溃灭机理

顾靖愚¹, 李帅¹^,²(), 张阿漫¹^,²

^1.哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨　150001
^2.哈尔滨工程大学南海研究院，三亚　572024

收稿日期:2023-04-06 修回日期:2023-04-25 接受日期:2023-05-15 出版日期:2023-11-15 发布日期:2023-05-26
通讯作者: 李帅 E-mail:lishuai@hrbeu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFC2803500);国家自然科学基金(12372239);黑龙江省自然科学基金优秀青年项目(YQ2022E017);海南省财政科技计划资助(ZDKJ2021020)

Development and collapse mechanism of underwater vessel water exit cavitation

Jingyu GU¹, Shuai LI¹^,²(), Aman ZHANG¹^,²

^1.College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 　150001，China
^2.Nanhai Institute of Harbin Engineering University，Sanya 　572024，China

Received:2023-04-06 Revised:2023-04-25 Accepted:2023-05-15 Online:2023-11-15 Published:2023-05-26
Contact: Shuai LI E-mail:lishuai@hrbeu.edu.cn
Supported by:
National Key R&D Program of China(2022YFC2803500);National Natural Science Foundation of China(12372239);Heilongjiang Provincial Natural Science Foundation of China(YQ2022E017);Finance Science and Technology Project of Hainan Province(ZDKJ2021020)

摘要/Abstract

摘要：

在航行体高速出水过程中，其肩部的随体空泡在跨介质过程中溃灭产生的冲击载荷会对航行体的运动和结构产生影响甚至是破坏，但是航行体出水空泡发展溃灭的内在机理尚不明确。为了研究航行体出水空泡发展溃灭的动力学机理，探索可行的航行体出水空泡研究方法，本文采用边界元法，利用自编程程序，对航行体出水空泡进行模拟。计算得到航行体在出水过程中的空泡发展全过程，同时研究了空泡与自由面耦合作用下发生溃灭的作用机理。结果表明，采用边界元方法可以较为精确、有效地模拟空泡出水过程中的形态变化和动力学特性，准确描述空泡在近自由面与出水过程中发生的环状射流和同步溃灭现象，同时计算得到了环状射流砰击的水击压力，可以为航行体出水载荷预报计算提供参考。

关键词: 航行体出水, 势流理论, 边界元方法, 近自由面耦合, 空泡溃灭

Abstract:

The impact load generated by the cavitation collapse during the process of crossing the medium can affect the motion and structure of a vessel， even causing damage， but the inherent mechanism of cavitation development and collapse during the water exit of the underwater vessel remain unclear. To investigate the dynamic mechanism of cavitation development and collapse during the process of high-speed water exit from a vessel's shoulder and explore feasible research methods of vessel water exit cavitation， the authors adopted the boundary element method and utilized a self-programmed code to simulate cavitation development and collapse during the water exit process. The complete process of cavitation development of underwater vessel during the water exit process is calculated， and the coupling mechanism between cavitation and free surface during collapse is studied. The results indicate that the boundary element method can accurately and effectively simulate the morphological changes and dynamic characteristics of cavitation during the water exit process， and accurately describe the ring-shaped jet and synchronous collapse phenomenon of cavitation near the free surface and during the water exit process. In addition， the study calculated the water impact pressure caused by the ring-shaped jet， which can provide a reference for the prediction and calculation of water exit loads of the vessel.

Key words: water exit of vessel, potential flow theory, boundary element method, near-free surface coupling, cavitation collapse

中图分类号:

V221.1⁺7

顾靖愚, 李帅, 张阿漫. 水下航行体出水空泡发展和溃灭机理[J]. 航空学报, 2023, 44(21): 528820-528820.

Jingyu GU, Shuai LI, Aman ZHANG. Development and collapse mechanism of underwater vessel water exit cavitation[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(21): 528820-528820.

图/表 10

图 1

图 2

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图8

表 1

图 9

参考文献 21

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压力	Fr
压力	9.58	10.35	11.067	11.739
理论值/MPa	0.705	0.792	0.868	0.942
计算值/MPa	0.666	0.743	0.816	0.894
误差/%	5.53	4.92	5.99	5.09

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Development and collapse mechanism of underwater vessel water exit cavitation

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