Investigation of underwater motion parameters for inert conical models.pdf Сила сопротивления, возникающая при сплошном обтекании тела водой, является основным сдерживающим фактором при применении средств подводного метания. Однако возможно создать условия, при которых сплошность водной среды нарушается и за носовой частью модели формируется сильно разреженная газопаровая полость - каверна [1], существенно уменьшающая поверхность взаимодействия с водой, что позволяет повысить дальность движения модели. Если образовавшаяся полость превышает размеры модели, то ее называют суперкаверной, а само явление - суперкавитацией. Носовая часть модели (может иметь плоскую, круглую, коническую и пр. формы) называется кавитатором, от кромки которого происходит формирование свободных границ вокруг модели. Как показывают экспериментальные фотографии, при устойчивом движении модели в режиме суперкавитации модель может кормовой частью кратковременно касаться внутренней поверхности суперкаверны, незначительно погружаясь в воду, т.е. наблюдается глиссирование [2]. При целенаправленном проектировании корпуса модели с учетом формы образуемой суперкаверны возможен отказ от других известных способов стабилизации (вращение, хвостовое оперение), так как помимо снижения тормозящего воздействия, внутренняя поверхность суперкаверны, по которой глиссирует корпус модели, ограничивает ее пространственный угол атаки, что является важным стабилизирующим фактором [3]. Движение высокоскоростных инертных тел в воде является важным направлением исследований научных коллективов различных стран [4-7] вследствие широкого круга возможных применений в промышленной и исследовательской деятельности. 1 Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 19-19-00233). Исследование параметров движения инертных конических моделей в воде 79 В данной работе рассматривается движение моделей в воде на высокой скорости (порядка сотен метров в секунду), которую они получают после разгона в стволе баллистической установки. Модели имеют большую собственную массу и должны обладать исключительной прочностью. Модели из стали относительно просты в изготовлении и имеют низкую себестоимость исходного материала, что делает их предпочтительными с точки зрения экономической целесообразности применения. Модели из сплава ВНЖ сложнее в изготовлении и имеют на порядки большую стоимость материала. Однако масса и кинетическая энергия такой модели аналогичной формы будет в два с лишним раза больше стальной при одинаковой начальной скорости. Следовательно, модели из ВНЖ должны проходить в воде более длинные дистанции. Цель работы заключается в определении перспективной дальности суперкави-тирующего движения инертных осесимметричных конических моделей разных масс в воде при различных глубинах залегания траектории. Движение конической модели в суперкавитационном режиме обтекания В зависимости от параметров среды и условий движения, форма образуемой суперкаверны может меняться, что осложняет проектирование универсальных моделей, способных двигаться под водой в режиме суперкавитации. Основным критерием подобия кавитационных течений является число кавитации ст = 2Др pV2 (1) где V - скорость модели; р - плотность воды; Др - разница между давлением в невозмущенной среде (р„) и давлением внутри каверны (pc). Число кавитации можно рассматривать как отношение между энергией, способствующей сжатию каверны, и энергией, идущей на ее расширение. Среда внутри каверны сильно разрежена и давление в ней обычно близко к давлению насыщенного водяного пара [1, 8] (при н.у. рс = 2336.8 Па). В невозмущенной толще воды давление р„ принимается равным гидростатическому давлению на глубине залегания траектории: р« = ра™ + Pgh, где ратм - давление на поверхности воды; g - ускорение свободного падения; h -высота столба жидкости. Чем меньше величина числа кавитации, тем кавитация считается более развитой. Для того чтобы суперкавитационный режим движения модели в воде реализовался и сохранялся, требуется поддерживать условия, при которых число кавитации с не превышает некоторой величины cmax, при достижении которой контур каверны уменьшится и станет меньше размеров модели. На рис. 1 приведены примеры, соотносящие картину течения вокруг модели с различным числом кавитации: а - сплошное обтекание модели водой при с >1; b - пограничное состояние: контур каверны касается кормы модели при с = cmax (cmax < 1); c - суперкавитационный режим обтекания модели при с 1; b - а = amax; c - а

Скачать электронную версию публикации