[發明專利]一種無尾翼的超空泡射彈及其設計方法

在審

• 申請號: 202011049427.2
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112380784A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 黃闖;黨建軍;古鑒霄;李代金;羅凱;何思澈;劉子賢
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 張皎

1.一種無尾翼的超空泡射彈設計方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、確定空化器錐角；

步驟2、確定空化器直徑；

步驟3、確定錐段線型；

步驟4、確定射彈質量要求；

步驟5、確定射彈質心位置。

2.根據權利要求1所述一種無尾翼的超空泡射彈設計方法，其特征在于，步驟1具體過程為：結合k-ε湍流模型、VOF多相流模型、S-DOF算法和Fluent流場仿真軟件，仿真計算不同錐角空化器的側向力系數位置導數，全錐角范圍在40°—180°內變化，作側向力系數位置導數隨空化器全錐角的變化曲線，在曲線上選取側向力平穩段對應的錐角范圍，在錐角范圍選定任意角度作為空化器錐角。

3.根據權利要求1所述一種無尾翼的超空泡射彈設計方法，其特征在于，步驟2具體過程為：

根據步驟1確定的錐角和橢球空泡理論，錐柱交接處空泡直徑D_c,w表示為：

式(2)中，L表示射彈總長度，D_cmax表示超空泡最大截面半徑，L_cmax表示超空泡最大全長，k₁、k₂為系數，πα_n表示空化器半錐角，c_xn表示空化器阻力系數，σ表示空化數，p₀表示大氣壓，p_v表示水的飽和蒸汽壓，v₁表示射彈彈道末的存速要求，h表示作戰深度；

彈道末空泡能夠包裹射彈，則應滿足：

D_c,w≥kD (3)

式(3)中，k為修正系數，取1.2-1.3，結合式(2)、式(3)得到空化器直徑的最小值D_n，取該最小值D_n0為空化器直徑。

4.根據權利要求3所述一種無尾翼的超空泡射彈設計方法，其特征在于，步驟3具體過程為：

步驟3.1、將式(2)中的射彈總長度L替換為錐段任一軸向位置x，得到空泡輪廓線型的表達式為：

式(4)中，R_c表示不同軸向位置處的空泡半徑，R_cmax表示空泡最大半徑，x表示錐段任一軸向位置；

步驟3.2、寫出多種錐段線型的表達式；

步驟3.3、將每種錐段線型的表達式分別繞空化器中心旋轉不同攻角α，得到不同攻角下多個錐段線型的表達式；

步驟3.4、與式(4)聯立求解錐段開始沾濕點到頭部的距離，并分別繪制該距離隨攻角變化的曲線圖；

步驟3.5、選取曲線圖中相同攻角下，錐段開始沾濕點到頭部的距離較大的曲線，在錐段開始沾濕點到頭部的距離相同的情況下，選擇曲線斜率變化小的曲線對應的線型作為錐段線型。

5.根據權利要求1所述一種無尾翼的超空泡射彈設計方法，其特征在于，步驟4具體過程為：將射彈視為質點，建立減速運動方程如下：

其中C_x表示全彈道平均阻力系數，對式(6)移項并積分得：

其中“0”表示彈道初始參數，“1”表示彈道末參數，積分得：

式(6)-式(9)中，s表示射彈射程，E_k0表示起始動能，E_k1表示末動能；

結合射彈射程的指標要求s₀，根據式(9)獲得射彈質量要求。