一些物体的水中运动分析仿真+文献综述(3)
本文入水问题研究是以空中弹道作为初始状态，以满足后继弹道的技术要求为目的来分析入水冲击出现的系列现象、行为和载荷状况。
1.2课题的背景
“入水”(Water Entry)问题出现在海军兵器、舰船和海上溅落的工程器件等由空中跌落到水面，或进一步转入水中运动的过程之中。伴随这一过程出现的系列现象和这些工程结构行为构成了入水问题研究的对象。
这里，侵彻问题与外型有相当大关系，但在冲击瞬间，只有短时间作用压力，其大大超过以恒定速度运动的压力，并且实际上可达到值(5-10)x104kg/cm2。这里提出了侵彻的线性理论，考虑到塑性变形。与音速相比的速度的塑性变形与最强钢差不多，如果侵彻速度增加，则迅速增加。
60年代起，宇航器件、远程火箭弹头和仪器舱在海上溅落，为入水初期载荷、入水现象和结构物行为的研究提出了新课题。
各类水中兵器(鱼雷、深水炸弹和水雷)自20世纪初问世后，就面临结构损坏，器件失灵，水面弹跳、冒水、反转、沉底和失控种种弹道失效现象等问题。第二次世界大战前、后，各国掀起空投反舰鱼雷和反潜火箭深弹的热潮;60年代后，随着潜艇导弹核武器系统的出现，反潜兵器朝导弹或飞机空中高速与远程载送、制导和小型核装药的方向发展，使入水问题研究成为这类兵器研制、开发中的一个关键课题。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外研究情况 1.3.2国内研究情况
1.4本文主要工作
本文内容主要有以下几点:
1）研究运动体高速入水的空化现象。
2）分析了运动体“入水”过程中的流固耦合现象，按空泡发展过程，把运动体的入水弹道划分为四个阶段，总结了每个阶段的特点。
3）本文拟建立运动体入水空间方程组，包括动力学方程、运动学方程，适合于较复杂的入水条件。
4）对运动体高速入水进行仿真，得到水的变化形态及位移、速度、加速度变化曲线。
2 运动体入水理论分析
对运动体而言，弹道要经历气、液两种介质，“入水”既是空中弹道的后续过程，又是水中弹道的开始，弹道非线性特性十分明显:不仅液体运动方程是非线性的，而且耦合运动的特性将随着结构运动的幅值不同而变化。
2.1入水过程中的流固耦合
在流体与结构物(固体)相互作用的系统中，固体在流体载荷作用下会产生运动或变形，而运动或变形又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。不同条件下的这种相互作用产生了形形色色的流固耦合现象。
流固耦合问题可由其耦合方程来定义。这组方程的定义域同时有流体域与固体域，而未知变量含有描述流体现象的变量及描述固体现象的变量，一般而言，具有以下两点特征:
1）流体域或固体域均不可能单独地求解;
2）无法显式地消去描述流体运动的独立变量或描述固体运动的独立变量。
2.2流固耦合中的空化现象
2.2.1自然空化和空泡
空化是液体流动中的一种特有现象。由于压强降低而导致液体产生汽化，溶解在液体中的微气核重新逸出，并在水流中形成许多气泡的现象，称为空化(Cavitation)。
由流体力学可知，水下运动体表面任一点的压力系数为: (2.1)
式(2.1)中： ——水下运动体表面任一点处的静水压力， ；
——大气压力;
——运动体的航行深度;
——海水的密度，本文取1026 kg• ;
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