超空泡射弹研究综述
总第166期2008年第4期 舰船电子工程ShipElectronicEngineering Vol.28No.4 13
超空泡射弹研究综述3
魏 平1) 侯 健1) 杨 柯2)
(海军工程大学兵器工程系1) 武汉 430033)(海军驻郑州地区军事代表室2) 郑州 450052)
摘 要 对国内外超空泡射弹研究现状进行综述。介绍国外超空泡射弹研究历程,阐述超空泡射弹研究建立的各种
模型,总结超空泡射弹数值计算和实验研究成果,最后对超空泡技术领域的研究方向进行展望。
关键词 超空泡;射弹;综述
中图分类号 TV131.2
SummaryofSupercavitatingProjectileResearches
WeiPing1) HouJian1) YangKe1)
(Dept.ofWeaponEngineering,NavalUniversityofEngineering1),Wuhan430033)
(MilitaryReprehensiveOfficeofNavyStationedinZhengzhouRegion2),Zhengzhou 450052)
Abstract Thecurrentstatusofsupercavitaingprojectilearesummarizedinthispaper.Theprocessofforeignsupercavi2
taingprojectileresearchareintroduced.Themodelsofsupercavitaingprojectilearereviewed.Andtheresultsofsimulationand
experimentaboutsupercavitaingprojectilearesummarized.Attheend,furtherresearchtopicsinthesupercavitaingprojectilefild
aresuggested.
Keywords supercavitation,projectile,summary
ClassNumber TV131.2
1 引言
超空泡技术是一种可以使水下高速运动航行
体获得90%减阻量的革命性减阻方法。利用这种
技术研制水下超空泡射弹,可以突破普通射弹水中
运动极限,显著减小水中射弹的速度,大大增加射
弹的行程和杀伤力,从而为舰(潜)艇提供有效的
防御能力。超高速超空泡射弹所具有的重要战术
应用价值,吸引了众多国家纷纷投入大量的人员和
资金对其进行研究。
2 超空泡射弹国外研究概况
70年代,为提高水中兵器的速度,俄美曾设计
了不同的水中兵器,它们都以火箭发动机为推进动
力,这就是早期的超空泡射弹的雏形,并为设计超空泡射弹打下了技术基础。
首次公开展出超空泡射弹样机的国家是俄罗
斯。1994年10月在雅典防务展览会上,俄罗斯展
示了“疾风”超空泡射弹样品。同样,在1995年3
月阿布扎比国际防务展览会上也陈列了该样品,并
从6月的技术报告得知,“疾风”高速反潜弹是一
种采用超空泡原理的水中兵器,弹径533毫米、弹
长8230毫米,可攻击水深400米范围内的潜艇目
标,水下运动速度约为83.3米/秒。1999年阿布
扎比国际防务展览会上向国际社会公开了经过改
进的E型Shkval(见图1),速度高达90-100米每
秒,不仅可以高速攻击敌方潜艇,而且能够反击敌
方发射的鱼雷武器,是目前已知唯一的定型并装备
部队的武器,并已经向少数国家出售,如印度和法
国等。据传俄罗斯目前正在研究带自导和更高速
的水下导弹,以及超空泡高速潜艇。另外,有报道
3收稿日期年月日,修回日期年月日作者简介魏平,男,硕士研究生,工程师,研究方向超空泡射弹设计及实验。侯健,男,博士后,副教授,研究方向舰炮武器研究。杨柯,男,助理工程师,研究方向舰炮武器研究。:20071012:2007124
::::
说俄罗斯还利用超空泡减阻原理设计了水下步枪,
可以有效杀伤20m以外的生物,并已经装备了俄
罗斯的蛙人部队。随着俄罗斯超空泡武器的面世,
超高速航行体逐渐揭开其神秘的面纱,成为各国学
者关注的焦点,并引起了全世界对超空泡技术研究
的浓厚兴趣。
图1 俄罗斯超空泡鱼雷
美国在1995年7月法国嘎纳水下防务技术研
讨会上展示了机载快速灭雷系统,它利用20毫米
的超空泡射弹,可击穿由机载蓝绿激光探雷系统发
现的水深50英尺范围内的锚雷和沉底雷。
近几十年来,美国海军水下作战中心(NU2
WC)在高级国防研究计划局(DARPA)和美国海
军研究所(ONR)的支持下,探索研究了两种实用
的超空泡技术:高速水下弹药系统(AHSUM)系统
和超空泡鱼雷。最新研发的AHSUM系统包括先
进的发射装置和可以在水下以超音速运动的射弹,
这套高速发射水下射弹系统可以为水面舰艇和潜
艇提供有效的末端防御。图2为实验用垂直真空
发射水柜(VVLT)和一组高速照片记录,照片记录
了当与水的自由表面成一定入水角度时超空泡物
体入水时的运动。VVLT由圆柱形水柜组成,水柜
可以安装与水平面成各种不同角度,水柜中有射弹
器、观察窗和射弹捕获器。超空泡鱼雷的研究在发
射、水动力特性、声学、制导和控制以及推进装置等
领域,还存在许多技术难题有待解决。
图2 垂直发射水柜及射弹照片
德国在超空泡水中兵器的研究方面进行了大
量的基础性实验研究工作,二战期间,德国就开始
进行超空泡射弹的试验,年代曾立项研究SG3
型超空泡射弹式水雷。年代末,由于安全形势的变化,这项水雷的研究工作未继续下去。该型水
雷的主要特点是不带推进装置和制导系统。
除此之外,80年代初,德国还研究了超空泡水
下导向射弹在运动中的性能,在射弹上配置惯性测
量装置,为控制此类射弹打下基础,此后,德国又在
高速水中兵器的导向方法方面进行了深入研究。
2003年,德国超空泡水下兵器的研究进入试
验研究阶段。德国超空泡武器的试验研究任务由
德国WTD71技术中心承担,该技术中心主要研究
国防舰艇与海军武器技术。
德国很早就建立了可在试验室条件下对1:l
的超空泡水下射弹进行试验的设施。可承担所有
试验的场地有两处与操纵、控制和声呐有关的试验
在WTD71中心分部的水下试验站进行。该试验
站位于石勒苏益格荷尔斯泰因州梅尔多夫市附
近的埃尔泊比特尔,有一个长500米、宽150米,与
波罗的海相通的水下试验场。在试验场的海底布
设了122个(原为244个)传感器阵的固定磁测量
系统和声跟踪系统。试验用超空泡水下武器从水
下发射装置中发射.在发射装置附近设有机动实验
室和车间。另一个试验场位于巴伐利亚州的上野
腾堡,属于WTD52技术中心管辖。在该中心有一
个深水垂直水筒,直径5米,深度为60米,德国人
将其称为水下弹道模拟器。垂直水筒内装满水,其
中设有可上下移动的水下摄影和摄像平台以及磁
轨迹跟踪系统,可高分辨率地记录射弹的弹道与运
动特性,视频系统是一台高分辨率的高速摄像机。
所使用的试验射弹直径为120毫米,长2.2米,质
量50千克。头部是超空泡发生锥体,其后分别是
制导和控制装置、控制电子装置、电源装置、惯性测
量装置以及火箭发动机等[1]～[11]。
3 建立的模型
3.1 射弹模型
根据超空泡射弹空泡产生的方式不同,射弹分
为自然超空泡射弹和通气超空泡射弹。
图3 射弹模型
自然超空泡射弹(见图3)是射弹在运动过
程中由于流体的汽化而自然产生空泡,如俄罗斯浅
水弹、乌克兰超空泡射弹和美国脱壳超空泡射弹。41 魏 平等:超空泡射弹研究综述 总第166期
70H
90a
其原理是根据伯努利方程:随着射弹运动速度的不
断增大,射弹表面上最小压力点处的压力将不断下
降;当其下降到某一数值时(这一数值与海水该温
度下的饱和蒸汽压近似),在最小压力点附近的气
核周围的水开始汽化,气核中充满水蒸气和空气,
并不断膨胀形成空泡。
通气超空泡射弹(见图3b)是通过给射弹通气
的方法产生空泡,如俄罗斯深水弹。通气超空泡主
要有以下三种通气方法(见图4):
图4 通气超空泡通气方法
(1)气源法。从射弹头部喷出的空气射流围
绕物体形成一道气封。
(2)Sedov法。将细长射流从射弹头部喷入驻
点区。
(3)锐边供气法。在空泡发生器边缘(空泡脱
体点)喷气。
气源法需要很高的气流喷射速度,在实际研究
中很少应用;Sedov法是基于尾部压力完全恢复产
生推力的理想化条件,也很少用,但对于空泡数趋
于零的情况,此方法有很好的效果;锐边供气法是
目前人工通气产生超空泡的最常用的一种方法。
自然超空泡射弹优点是结构较为简单,但对发
射条件和弹性设计等有较高的技术要求。
通气超空泡射弹有利于超空泡的快速生成,但
结构复杂,且对通气速率的合理控制较难掌握。
3.2 空泡介质物理模型
空泡内介质的模型非常复杂,难以精确的物理
描述。为了不同的需求,在研究中一般采用三种简
化的物理模型:稀薄气体模型、连续介质模型和多
层流体模型。
稀薄气体模型用来计算水滴和射流的影响。
认为水滴和射流以外部流动的速度移动,并且互不
相干。当到达航行体表面时,他们的动量将转化为
射弹的动量:法相速度完全转化为射弹的动量,而
切向速度则部分转化。当转化为射弹的切向动量
较小时,可以应用稀薄气体理论。这种理论可以给
出简单的关系式来计算射弹的受力。
连续介质模型是把空泡内看作连续的气体介
质,射弹看作是在气流中的运动。但是定义气体密度时应考虑水滴和射流的影响。
多层流模型是考虑射流和水滴沿空泡截面非
均匀分布。他们的浓度在空泡边界附近最大,越接
近空泡轴越小。空泡内部空间被划分成几层,每一
层的密度为常数,层与层之间各不相同。
3.3 空泡闭合模型
空泡闭合的稳定性对于超空泡射弹的稳定性
有着很大的影响,对于空泡闭合区域的物理描述也
是空泡动力学研究中的难题。在目前超空泡理论
研究中主要采用以下五种空泡闭合模型。
图5 空泡闭合模型
(1)镜象板模型。是一种空泡尾流封闭模型,
空泡闭合于与空化器类似的固体表面。
(2)过度流模型。过度流模型是一种空泡尾
流的开式模型,它是从空泡的末段端引出一条平行
与翼行沾湿面的流线。
(3)回射流模型。回射流模型是空泡在闭合
时有回射流产生,回射流将对航行体产生影响。
(4)压力恢复模型。压力恢复闭合模型是一
种空泡尾流封闭模型。它假设空泡的厚度在末端
变为零。
(5)双螺旋涡模型。双螺旋涡模型是假定空
泡终端的后面是向下游无限远处扩展的伴流,把空
泡压力化成非扰动流的压力。
镜象板模型和过度流模型有几何形状简单,易
于数学求解的优点,但是不能反映真实的流体情
况;压力恢复模型也较利于数学求解,但其压力完
全恢复的条件难以满足;回射流模型和双螺旋涡模
型较真实的反映了空泡尾流的物理情形,但其数学
求解较为困难。
3.4 运动稳定性模型
超空泡射弹的运动稳定性一直是超空泡技术
研究的重点和难点。根据Savchenko的有关超空
泡内航行体稳定模式的理论,下面给出空泡内射弹
的4种稳定模式(见图6)。G为射弹重量,为作
用于空化器上的升力,为作用于射弹尾部沾湿区
域上的升力。
()二空泡流方案,～
在此情况下,流体动力阻力中心位于质量中心
后面,稳定力矩作用于模型。满足经典稳定条件。512008年第4期 舰船电子工程
1v70m/s
超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析
第３５卷第２期 四川兵工学报 ２０１４年２月
【武器装备理论与技术】 ｄｏｉ：１０．１ ｌ８０９／ｓｃｂｇｘｂ２０１４．０２．０１２
超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析
张丁雄 ，王义冬 ，刘天放
（１．海军装备技术研究所，北京１０２４４２；２．海军航空工程学院，山东烟台２６４０００）
摘要：利用Ｍａｔｌａｂ模拟仿真弹丸在水中的运动情况，将仿真结果代入ＡＢＡＱＵＳ对弹丸进行有限元仿真，分析弹丸在
水中运动时各个节点的应力变化情况，找出了弹丸在水中运动时最容易发生破坏的危险区域，该区域的强度和刚度
都是在设计弹丸时应该重点考虑的部位。
关键词：超空泡射弹；模拟仿真；ＡＢＡＱＵＳ；有限元
本文引用格式：张丁雄，王义冬，刘天放．超空泡射弹运动过程模拟仿真及有限元分析［Ｊ］．四川兵工学报，２０１４（２）：
４０—４３．
中图分类号：ＴＰ３９９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—０７０７（２０１４）０２—００４０—０４
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｃａｖｉｔａｔｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ
ａｎｄ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＺＨＡＮＧ Ｄｉｎｇ．ｘｉｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｙｉ—ｄｏｎｇ ，ＬＩＵ Ｔｉａｎ．ｆａｎｇ
（１．Ｎａｖａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２４４２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｎａｖａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙａｎｔａｉ ２６４０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ Ｍａｔｌａｂ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ，ｗｅ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ—
ｓｕｉｔｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ＡＢＡＱＵＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ
超空泡技术与实现
超空泡技术与实现
发布时间：2022-06-17T07:36:20.568Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月第4期 作者： 冯志超
[导读] 本文综合介绍了空泡理论,空泡技术研究的现状
冯志超
北方华安工业集团有限公司 黑龙江 161046
摘要:本文综合介绍了空泡理论,空泡技术研究的现状，介绍了空化的基本原理、超空泡概念、形态及其减阻机理，分析了超空泡的形成机理和特点。给出了超空泡的不同实现方法，及不同实现方法下的空化状态的不同。
关键字：空泡 超空泡 空化 通气空化 超空泡航行器
1引言
2000年8月，俄罗斯最先进的“奥斯卡Ⅱ”级“库尔斯克”号核潜艇在演习时发生神秘爆炸，沉没于巴伦支海海底。据报道，致使潜艇沉没的爆炸与一种高速鱼雷的试验有关。在这次事故以后，俄罗斯领先的超空泡技术展现在我们面前。“暴风”鱼雷是俄罗斯成熟的超空泡
高速鱼雷，它长8290mm，直径533mm，质量2697kg，头部装有空化器，靠火箭动力推进，水下行进速度达到230节。俄正在研制速度可达
500节的新型超高速鱼雷，这就是第二代“暴风”鱼雷，传言其速度可达720km/h以上[1]。
2空化理论及超空泡概念
液体绕物体快速运动时压力会下降，这一规律瑞典科学家伯努利在1895年就发现了，这就是今天流体动力学上的“伯努利定律”。如果不考虑重力的影响，那么根据伯努利定理可知，当航行体在流体中运动时，航行体表面的局部流体压力就会降低，当水下运动物体表面的压
力降到接近该温度下水的饱和蒸汽压力时，该局部的水将被汽化并形成汽泡。当航行体的速度增加到某一临界值时，物液界面上有许多点
的压力会降低到汽化压，并出现若干小而分散的汽泡，由液相转变为汽相;当压力升高，这些小气泡又将迅速溃灭，这个过程称为空化现象
[2]。
目前,在理论界,对所有空化现象的基本描述都是一致的,通常用空化数σ和压力系数来定义空泡的空化程度和压力分布。
3空泡阶段的划分
高速射弹超空泡的形态特性
高速射弹超空泡的形态特性
魏平;侯健;陈汀峰
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2012(024)005
【摘 要】为了掌握高速射弹超空泡的形态特性,利用某口径火炮进行了射击试验,射弹最大初速达900m/s.获得了射弹超空泡形态的高速影像；分析了射弹超空泡形态演变过程及超空泡形态参量(长度、直径、长细比等)随空化数变化的规律.研究结果表明:空泡直径变化分为快速扩张阶段、缓变阶段和快速收缩阶段,三个阶段耗时比约为7∶12∶6；空泡的扩张过程与收缩过程耗时比约为2∶1；空泡无量纲长度、无量纲直径和长细比均随着空化数的增大而减小.
【总页数】5页(P108-112)
【作 者】魏平;侯健;陈汀峰
【作者单位】海军工程大学兵器工程系,武汉430033;海军工程大学兵器工程系,武汉430033;中船重工集团第七一三研究所,郑州450052
【正文语种】中 文
【中图分类】TJ012
【相关文献】
1.水下高速射弹超空泡形态特性的数值模拟研究 [J], 易文俊;熊天红;刘怡昕
2.水下射弹典型空化器的超空泡形态特性分析 [J], 易文俊;王中原;熊天红;周卫平;钱吉胜 3.水下高速航行体自然超空泡形态特性仿真研究 [J], 易文俊;李铁鹏;熊天红;王中原
4.双圆盘空化器射弹通气超空泡形态特性实验研究 [J], 邓飞;熊伟;周江磊;郑丹丹;苏小阳;唐勇
5.自然超空泡形态特性的射弹试验研究 [J], 曹伟;王聪;魏英杰;邹振祝
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超空泡射弹对水雷侵彻的数值模拟
第３４卷第８期 四川兵工学报 ２０１３年８月
【武器装备理论与技术】 ｄｏｉ：１０．１１８０９／ｓｃｂｇｘｂ２０１３．０８．００１
超空泡射弹对水雷侵彻的数值模拟
严 平，刘 亭，康德
（海军工程大学兵器工程系，武汉４３００３３）
摘要：以某型水雷为研究对象，通过结构及功能分析、毁伤级别的确定以及构建水雷功能毁伤树，建立了水雷目标易
损性模型；分析了超空泡射弹水下侵彻水雷目标的一般过程，建立了水雷等效靶模型；采用ＡＵＴＯＤＹＮ完成了水下超
空泡射弹对水雷侵彻毁伤过程的数值仿真。仿真结果表明，钨芯射弹在相应临界速度下能够穿透水雷壳体并破坏
引信舱内部构件，造成水雷失效。
关键词：水雷；易损性；超空泡射弹；ＡＵＴＯＤＹＮ 中图分类号：ＴＪ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—０７０７（２０１３）０８—０００１—０５
Ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅａ Ｍｉｎｅ
ＹＡＮ Ｐｉｎｇ，ＬＩＵ Ｔｉｎｇ，ＫＡＮＧ Ｄｅ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｗｅａｐｏｎｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｍｅ ｓｅａ ｍｉｎｅ ｉＳ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃ．
ｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｉｎｅ，ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｍａｇｅ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｉｎｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｔｒｅｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｕｐｅｒ－
ｃａｖｉｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｓｅａ ｍｉｎｅ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔａｒｇｅｔ ｏｆ ｓｅａ ｍｉｎｅ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ
水下超空泡高速射弹数值分析与试验
第３２卷第１０期 四川兵工学报 ２０１１年１０月
【武器装备】
水下超空泡高速射弹数值分析与试验
李东旭
（海装重庆局，重庆４０１１２０）
摘要：利用Ｆｌｕｅｎｔ软件对水下超空泡高速射弹流场超空泡特性、尾拍、水下有效射程进行了分析，并进行了试验验 证。在此基础上展望了超空泡技术应用于水下高速射弹的前景。 关键词：超空泡；高速射弹；数值分析 中图分类号：ＴＪ６３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—０７０７（２０１１）１０—００２５—０５
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｎ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ
Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｓｕｐｅｒｃａｖｉｔｙ
ＬＩ Ｄｏｎｇ—ＸＵ
（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｎａｖｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１１２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｃａｖｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔａｉｌ—ｓｌａｐ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｉｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｉｎ ｕｎｄｅｒ— ｗａｔｅｒ ｆｏｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｓｕｐｅｒｃａｖｉｔｙ，ａｎｄ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ，ｉｔ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｖｉｓｔａ ｉｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｓｕｐｅｒｃａｖｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ
ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃａｖｉｔｙ；ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
近些年来，超空泡技术及其在水下兵器领域的工程应用 研究已成为国际研究热点之一 Ｉ３ 。水下超空泡高速射弹、
SUPERCAV——一种高速超空泡反潜战导弹
导弹大观
ＳＵＰＥＲＣＡＶ——一种高摘要介绍了美国海军ＳＵＰＥＲＣＡＶ超空泡验证器的概念、研制背景、技术验证器的发展现状、技术途径，今后的发展方向及工作重点。关键词超空泡ＳＵＰＥＲＣＡＶ反潜战导弹美国海军１计划背景为了利用工业界的成熟技术，洛马公司（海上系统与传感器分部）、阿连特技术系统公司和美国海军水下作战中心（新港分部）正在合作研制一种超空泡先进技术验证器（ＳＵＰＥＲＣＡＶ），希望在近期研制出一种超空泡反潜战武器系统。ＳＵＰＥＲＣＡＶ计划的目标是，把高速水下制导和控制技术与空中投放的武器系统结合在一起，利用遥控瞄准技术，研制一种多平台发射、高速空中飞行、高速入水并具有水下声学制导和控制能力的超空泡反潜战导弹。这种防区外发射的武器系统，可以由水面舰、高空多用途海上巡逻机或自主飞行无人机发射，能够在几分钟之内拦截远距离水下目标。超空泡的定义是，在水下航行的物体能够产生一个空泡（或者气泡），使自己完全处于空泡的包围中。对于水下航行器来说，超空泡航行可以显著降低表面摩擦阻力（流线型航行器的表面摩擦阻力通常约占总阻力的７０％），因而可以获得极大的性能增益。因此，超空泡航行可以使目前的水下火箭推进系统（与其能量密度有关）达到并维持极高的水下速度（超过２００ｋｎ）。海军水下作战中心新港分部始终处于超空泡航行器技术开发的最前沿。根据国防高级研究计划局授予的合同，海军水下作战中心于１９９５年开始研究超空泡技术，探索超声速水下射弹的可能性。最终开发了一种３０ｍｍ的水下火炮系统，能够发射直径为１３ｍｍ的射弹，并且在装有仪器设备的拖曳水槽中实现了水下超声速航行。几年后，由于启动了·４．速超空泡反潜战导弹高速水下武器（ＨＳＵＷ）计划，超空泡技术得到进一步发展，在此基础上，海军研究局提供了巨额研制经费，希望制造并试验一种速度可达２００ｋｎ的水下试验航行器。利用这种试验航行器可以研究声传感器阵列和处理算法，这些技术是未来高速水下武器不可或缺的制导技术。高速水下武器计划于１９９７年启动，海军研究局与工业界、政府实验室和学术界通力合作，领导并参与特许技术领域的研究工作，因此，使关键技术领域的规模达到最大程度，同时避免了霞复性研究。在高速水下武器计划中，海军水下作战中心负责研制并评估寻的系统、传感器和制导算法；空泡动力学和控制流体动力学；航行器系统集成以及露天靶场的使用开发。在制导系统的研发过程中，海军水下作战中心一直扮演着领导者的角色，从技术需求的角度出发，制导系统是高速水下武器计划中最关键、最具挑战性的技术。这一观点已被海军舰队的代表所证实，他们曾强调说，除非水下超空泡航行器具有制导能力，否则他们不会对这种武器感兴趣。该计划的数值建模和缩比试验由几个学术团体负责，洛马公司负责系统的总装工作。１９９８年，海军研究局改变了高速水下武器计划的发展策略，从近期技术开发转变到长期的基础研究。计划的焦点集中在与超空泡有关的流体动力学和水声现象的缩比模型试验和计算模型上。由于没有全尺寸试验数据，无法对分析建模结果进行验证，于是，美国海军逐渐把工作重点转移到技术转让上，即出售成熟的软件和硬件，以此获得系统的研制经费。但是，这种方法显然不可能长期使用，海军水下作战中心和洛马公司必需另辟蹊径。最终，海军水下作战中心和洛马公司选择了如下的方法，把海军研究局正在实施的广泛基础研究与工业界的能力结合起来，把工业界现成的研制项目或者稍加改进的非研制项目与ＳＵＰＥＲＣＡＶ超空泡验证
未来海战的杀手锏新概念武器之超高速_超空泡_反鱼雷鱼雷武器
ＤＥＣＥＭＢＥＲ １２／２００５７２人们在科幻读物和科幻电影中常常会看到这样一些可怖的情景：死光、电火、射束等神秘杀手会使敌手的导弹、火炮、火箭等在瞬间化为灰烬；狂风巨浪、天崩地裂等凶险天象会使敌手的庞大舰队立马陷于万劫而不复的境地；瘟疫、声响等无孔不入的死神会使敌手的千军万马在不知不觉中横尸遍野；而微生物、病毒等看不见的幽灵又会使敌手先进的战斗机群在数秒之间变成一堆废钢烂铁……。随着现代军事科学技术的发展，又有谁敢说这些神话般的、乍听起来似乎是痴人说梦的战争场面不会展现在世人面前呢？近３０年来，以美国为代表的世界军事大国在继续完善其核武库的同时，又纷纷投入巨资，殚精竭虑地竞相开发一些足以翻江倒海、惊天动地的杀手锏式武器，以图实现其独步海洋、独霸世界的目的。可以想象，这类新概念兵器一旦投入使用，战争（包括海、陆、空、天、电五维战场）的场面将更加惊心动魄，战争的样式将发生根本性的变化，整个军事领域必将出现一场人类历史上真正意义的革命。［ 超高速武器 ］所谓超高速（又称高超声速、极超声速、极速）武器，系指飞行速度超过５马赫的作战飞机、导弹、炮弹等一类的有翼或无翼飞行体。超高速武器虽称不上是一种纯粹的新概念武器，但其大大超过声速的飞行速度和闪电般攻击目标的能力却被军事科学界视为飞行技术的又一次革命和现役超声速武器的重大突破，它将更能适应未来高节奏、非接触战场的需要，成为当之无愧的空中超级杀手。飞得更快、更远、更高，是人类有史以来一直锲而不舍的追求。自人类于上世纪初叶实现有动力持续飞行以来，飞行体的速度一直在不断得到提高。１９６４年，美国ＳＲ－７１高空侦察机创下了３．２马赫的飞行速度纪录；之后不久，美国航天局的Ｘ－１５试验机用火箭助推方式又创下了５．３马赫以上的极速飞行纪录。在这之后的３０多年里，限于工程和技术上的原因，高超声速飞行技术的研究一直停滞不前。９０年代中期，以超燃冲压发动机技术为标志的超速飞行技术研究终于获得重大突破，超高速武器随之进入先期技术开发阶段。２００４年１１月１６日，美国Ｘ－４３Ａ技术验试机成功实现了人类历史上空前的１０马赫超速飞行试验，标志着高超声速飞行技术和超高速武器发展的一个重大里程碑。有专家估计，到２０１０年左右，以超燃冲压发动机为动力的超高速导弹和炮弹将率先问世；到２０２０年，以超燃冲压发
超空泡鱼雷初探
超空泡鱼雷初探
壹●前言
2000年8月，设计用来对付航空母舰的俄罗斯潜艇库斯克号(Kursk)在伦支海沉没；2001年5月份的美国「科学人」报导(注一)，该潜艇是在试射引用超空泡原理的「暴风」式鱼雷(Shkval-E)时失事，而船员名单中还有中共的海军军官，若按同年8月23日美国华盛顿时报的说法，中国为对抗美国航空母舰，成为暴风式鱼雷最积极的买家。 此种可由标准的533mm鱼雷管发射，射程约7500码的鱼雷，广义可说是飞弹。因为它是由固态火箭推进，水中速度高达200节，相当于时速360公里，是传统鱼雷的3~4倍。由于中共在1996年台海危机时，受制于美国的航空母舰特遣舰队，现在急着寻找反制之道，对于此种可能改变海峡两岸均势的水中兵器，我们有必要寄于关注，研究其设计原理、技术困难与未来发展。
贰●正文
一、何谓超空泡
要了解超空化(Supercavitation)，先要了解空化现象(cavitation)，而要研究水中的空泡(Cavity)，则又要先知晓空气中的涡漩。一般飞机在翼尖都会有翼尖涡漩，涡漩所在压力较低，在较潮湿的天气，低压使温度降到低于露点，水气凝结变成微小的水珠，肉眼可以看到旋转的云雾般的气流(图一)(注二)。另外高攻角时的三角翼前缘涡漩也有同样的气旋产生。而在水中，螺旋桨、水翼与空中的飞行器一样会形成低压区，我们知道水在标准大气压下(101 kpa)，水的沸点是100°C，但是压力若小到1.7 kpa时，水的沸点便降到15.5°C，因此在水中低压区很容易气化成为空泡。对于螺旋桨、水翼而言，空泡是鸣音与振动的主要来源，亦是造成侵蚀的原因之一，因此空泡亦称空蚀 (图二)。看来一无是处的空泡，在水中物体高速时(一般要超过200节)， 物体表面会形成全面覆盖的大型空泡-超空泡(Supercavity) (如图三)，使物体接触的介质由水转换成空气，由于空气密度为水密度之1/800，如此就可大幅减少阻力。
超空泡射弹尾拍分析与计算
超空泡射弹尾拍分析与计算
孟庆昌;张志宏;顾建农;刘巨斌
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2009(029)001
【摘 要】对超空泡射弹进行运动学和动力学分析并数学建模,求解耦合非线性微分方程组,得到水下高速超空泡射弹运动特性.数值模拟结果表明,高速超空泡射弹在航行过程中,由于弹体头部和尾部的阻力作用,水平速度随时间迅速衰减.并且射弹的角速度呈周期性往复变化,即尾拍现象.同时由于空泡尺寸的减小导致尾拍幅度逐渐变小.射弹转动惯量越小,角速度变化幅度越平稳,相同时间内尾拍次数减少.发射深度或发射速度越大,尾拍幅度衰减越快.较大的初始角速度也会使射弹角速度很快衰减.
【总页数】5页(P56-60)
【作 者】孟庆昌;张志宏;顾建农;刘巨斌
【作者单位】海军工程大学力学系,湖北,武汉,430033;海军工程大学力学系,湖北,武汉,430033;海军工程大学力学系,湖北,武汉,430033;海军工程大学力学系,湖北,武汉,430033
【正文语种】中 文
【中图分类】O353.4
【相关文献】
1.超空泡射弹尾拍力求解的一种改进型方法 [J], 张丁雄;侯健
2.超空泡射弹尾拍问题研究进展 [J], 魏英杰;何乾坤;王聪;曹伟;张嘉钟 3.超空泡射弹尾拍运动流固耦合动力学响应研究 [J], 何乾坤;王聪;魏英杰
4.超空泡射弹尾拍振动特性分析 [J], 张劲生;张嘉钟;曹伟;魏英杰;于开平
5.空化器形状对超空泡射弹尾拍运动影响的数值研究 [J], 陈伟善;郭则庆;刘如石;黄振贵
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双圆盘空化器射弹通气超空泡形态特性实验研究
２０１９年２月
第３７卷第１期西北工业大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．Ｖｏｌ．３７２０１９Ｎｏ．１
ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０５１／ｊｎｗｐｕ／２０１９３７１００９３
收稿日期：２０１８⁃０３⁃０２基金项目：国家自然科学基金（５１２７５４１２）与航空科学基金（２０１５ＺＡ５３０１２）资助作者简介：邓飞（１９７２—），西北工业大学副教授、博士，主要从事超空泡航行体流体动力学研究。双圆盘空化器射弹通气超空泡形态特性实验研究
邓飞，熊伟，周江磊，郑丹丹，苏小阳，唐勇
（西北工业大学航海学院，陕西西安 ７１００７２）
摘 要：基于空泡截面独立扩张原理，提出了一种应用于水下射弹的双圆盘空化器。并在高速循环水
洞中对此系列双圆盘空化器的空泡生成特性和形态特性进行实验研究。实验通过改变通气流量系
数，观察了不同锥顶角下的通气超空泡形态。实验表明，此系列双圆盘空化器诱导生成的通气超空泡
存在前盘优先和后盘优先２种空化状态，二者的过渡发生在锥顶角５５°附近；生成稳定通气超空泡的
临界通气流量系数值与锥顶角呈正相关趋势，前盘和后盘对空泡生成具有相互抑制作用；且通气超空
泡的形态特征量不随通气流量系数增加而持续增加，而是存在一个通气流量系数上限值。
关 键 词：射弹；双圆盘空化器；通气超空泡；通气流量系数；空泡形态特征量
中图分类号：ＴＪ６７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１９）０１⁃００９３⁃０７
超空泡射弹是一种用于舰船末端防御的常规性
武器，其原理是超空泡减阻技术［１］。所以研究超空
泡射弹头部空化器及其诱导生成的超空泡特性对获取稳定、有效的超空泡流型具有重要意义。在这方
面，美国海军水下作战中心（ＮＵＷＣ）做了诸多尝试，最终确定圆盘、圆锥２种具有良好空化性能的空化器［２］。围绕这２种空化器，国内学者亦做了大量研
究。其中，贾力平等［３⁃４］通过实验和数值模拟分析了空化器头型、几何参数、空化数等对超空泡形成和发展的影响；贾夫园等［５⁃６］利用高速循环水洞，探究了锥形空化器和带翼锥形空化器的流体动力特性；孟庆昌等［７］对水下亚声速圆盘空化器射弹超空泡流型进行了数值模拟，得到了超空泡流型与空化数间的变化关系；张木等［８］对１／４球形、１５０°锥角圆锥形、圆盘形空化器进行了大涡模拟，探究了空化器形状、直径对超空泡初生位置的影响；方城林等［９⁃１０］研究了平头、截球头、截锥头、锥头、球头等多种头型射