一些物体的水中运动分析仿真+文献综述(4)
——运动体的速度;
——运动体表面任一点处的压力。
定义 的负值为减压系数，则有:(2.2)
根据式(2.2)，水中运动体表面具有最小压力 的点处，将具有最大的减压系数，则有:
由式(2.4)可见，随着水下运动体速度的增大，其表面上最小压力点处的压力 将不断下降。当 下降到接近于水的饱和蒸汽压时，流经此处的液体被汽化，溶解在水中的微气核重新逸出，在运动体表面不断形成充满水和水蒸气的空泡。
不同流动条件下，空泡的形态尺度差别很大。在流固耦合中，如果运动体的速度较低或其周围压力较高，基本没有明显的气泡出现;相反，如果运动体速度较高或其周围压力非常低，就会产生较长的蒸汽空泡。
2.2.2流动中的超空泡
空化起始之后，形成附着在固定边界上的一种相对稳定的空泡，这种空泡称为固定空泡。当固定空泡的长度发展到超过绕流体的尺寸时，固定空泡转变成超空泡。超空泡形成的重要标志是固定空泡的尾部远离绕流体[22]。
在超空泡状态下，空化现象的许多重要特性将发生明显地改变。在超空泡中的运动体被汽体所包围，运动体的阻力与周围介质的密度成正比，而汽体介质只是水的密度的几百分之一，因此，运动体的阻力将大大降低，从而实现运动体的超高速航行。
2.3运动体的入水弹道特点
运动体在“入水”过程中，包含水面撞击和侵水、流动分离形成入水空泡、带空泡航行和溃灭四个阶段。
撞击和侵水:当运动体空中弹道结束，即为水中弹道开始。海水作为不可压缩流体，当运动体以较高的速度入水时，对水面将产生一个巨大的撞击。需要指出的是，运动体入水冲击与力学上两个刚体相撞完全不同，因为撞击时，运动体不是不动，而是穿过水面进入水中，在一个极短时间内，产生巨大的撞击力，不仅使水面出现高速激波，而且改变了运动体的速度和姿态。
流动分离形成入水空泡:对水撞击之后，运动体在惯性力作用下继续下潜，同时运动体周边的水流也被带入运动状态，在运动体周围产生一个气泡，该空泡的上端(水面)对大气是敞开的。由于运动体不断向下运动，空泡将进一步拉长，空气不断补充到运动体后面的空泡中。
带空泡航行:随着运动体继续向下运动，静水压力不断增大，当运动体运动至水下某一深度时，空泡闭合，终止了外部空气的流入。
溃灭:由于空泡腔内的气体在运动体尾端以气水掺混方式进一步泄出，使得空泡腔内压力继续下降，最终使得空泡体积缩小，脉动多次后溃灭消失，当运动体上的空泡消失后，运动体进入全湿航行阶段。
运动体带空泡航行，水中弹道的末参数将成为后期全湿弹道的初始条件，空泡的形状和尺度主要取决于弹型、入水角度、速度、入水深度以及环境的密度和压力，而弹体在空泡中的运动姿态主要受弹体湿水部分的水动力影响，空泡的变化过程(发生、发展和溃灭)对运动体的水中弹道具有重要影响。
运动体的入水弹道，从数学、物理和力学的角度看，它涉及空气、水和运动体三者之间的相互作用和不定常的运动问题;既是一个具有自由液面和特殊空泡的不定常流体力学问题，又是一个有可能引起结构破坏的高速撞击问题。
3 运动体入水方程组
3.1运动体入水坐标系及变量定义
运动体入水坐标系定义如图3.1所示。地面坐标系 。的原点 取运动体入水过程中与水瞬时接触那点; 沿运动体的纵对称面的交线，指向前方; 轴铅垂向上; 轴垂直于 轴和 轴。弹体坐标系 也称固连系，该坐标系各轴与运动体固连，也就是相对于运动体静止不动的坐标系，这一坐标系的各轴称为固连轴。弹体坐标系的坐标原点 取在运动体质心上， 轴沿运动体的对称轴线，指向头部; 轴位于纵对称面内，与铅垂平面重合，且垂直于 轴，指向上方; 轴垂直于 轴和 轴，其方向使该坐标系成为右手系。
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