第一章 绪论 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 空泡 1
1.1.2 空化状态 2
1.1.3 空泡形态 3
1.1.4 空化数 5
1.1.5 蒸汽压力 7
1.1.6 空化流场 9
1.1.7 易于发生空化的典型情况 16
1.2 空化应用研究 17
1.2.1 空化的一般水动力学特性 17
1.2.2 空化应用研究领域 17
1.2.3 超空泡减阻 20
1.3 超空泡生成 24
1.3.1 空泡生成途径 24
1.3.2 通气超空泡生成方法 25
1.3.3 通气空泡生成过程 29
1.3.4 通气超空泡和自然超空泡比较 32
1.4 典型超空泡航行体 34
1.4.1 概述 34
1.4.2 美国高速射弹系统 37
1.4.3 俄罗斯“暴风雪”超空泡鱼雷 38
第二章 超空泡形态的势流分析方法 41
2.1 空泡流场势流模型 41
2.1.1 流场分析 41
2.1.2 基本方程 42
2.1.3 空泡脱体 44
2.1.4 空泡闭合模型 46
2.2 空泡截面独立扩张原理 48
2.2.1 物理模型 48
2.2.2 空化物体阻力 50
2.2.3 空泡径向扩张方程 52
2.2.4 独立扩张性原理实验验证 54
2.3 细长轴对称超空泡流理论 56
2.3.1 轴对称定常超空泡流基本方程 56
2.3.2 细长轴对称定常超空泡流场简化与基本方程 58
2.3.3 细长轴对称定常超空泡流场近似解 60
2.3.4 细长轴对称非定常超空泡流场 63
2.3.5 细长轴对称超空泡流场的微分方程 66
2.4 定常超空泡几何形状预报 67
2.4.1 概述 67
2.4.2 空泡最大截面面积 67
2.4.3 空泡纵剖面形状 70
2.4.4 空泡长度 71
2.4.5 空泡形态的重力效应 74
2.4.6 空化器攻角对空泡形态的影响 77
2.5 非定常超空泡几何形状分析 79
2.5.1 概述 79
2.5.2 空泡内压变化 80
2.5.3 可变外压的非定常空泡 85
第三章 超空泡航行体流体动力特性 89
3.1 流体动力参数 89
3.1.1 坐标系 89
3.1.2 流体动力角 89
3.1.3 坐标转换矩阵 91
3.1.4 流体动力参数 91
3.2 流体动力特性与流体动力参数计算 99
3.2.1 概述 99
3.2.2 空化器流体动力 100
3.2.3 尾部流体动力 104
3.2.4 尾操纵面流体动力 122
3.3 流体动力CFD分析方法 129
3.3.1 位置力系数计算 129
3.3.2 阻尼力系数计算 135
3.4 流体动力特性模型实验 138
3.4.1 尾部流体动力特性实验 138
3.4.2 尾翼流体动力实验 143
第四章 超空泡航行体流体动力设计 146
4.1 概述 146
4.2 航行体空泡基本流型 147
4.2.1 理论空泡流型 147
4.2.2 空泡流型实验观察 149
4.3 流体动力设计原理 152
4.3.1 运动稳定机制 152
4.3.2 航行控制原理 155
4.3.3 减阻原理 157
4.3.4 实验观察 159
4.4 空泡系统设计 161
4.4.1 概述 161
4.4.2 空化器设计 161
4.4.3 通气流量确定 163
4.4.4 气道设计 168
4.4.5 小结 171
4.5 航行体外形设计 172
4.5.1 航行体主体外形 172
4.5.2 航行体前体外形 173
4.5.3 航行体后体外形 179
4.5.4 控制面布局与设计 183
4.6 流体动力设计程序 185
4.6.1 确定设计条件 185
4.6.2 初步设计 185
4.6.3 流体动力计算与运动分析 194
4.6.4 实验验证 194
4.6.5 空泡流型设计裕度 194
第五章 超空泡航行体动力学 197
5.1 一般空间运动方程组 197
5.1.1 坐标系 197
5.1.2 运动学参数与方程组 198
5.1.3 坐标转换矩阵 199
5.1.4 一般动力学方程组 201
5.2 超空泡航行体弹道和初始弹道动力学模型 205
5.2.1 超空泡航行体弹道 205
5.2.2 初始弹道动力学模型 207
5.3 超空泡航行体加速段弹道动力学模型 209
5.3.1 动力学方程组简化 209
5.3.2 流体动力模型 212
5.4 机动运动超空泡几何特性 215
5.4.1 回转运动超空泡几何形状 215
5.4.2 离心力对回转运动超空泡形状的影响 222
5.4.3 纵平面回转运动的超空泡形状 227
5.4.4 控制面操舵对超空泡形状影响 230
5.4.5 基于空泡形状的机动能力评估 232
5.5 超空泡段弹道动力学模型 236
5.5.1 基本假设 236
5.5.2 动力学方程组 237
5.5.3 空泡流型方程组 239
5.5.4 流体动力模型 245
5.5.5 水平直线巡航弹道 258
5.6 加速段弹道到超空泡段弹道过渡 260
5.6.1 过渡段弹道特点 260
5.6.2 过渡段弹道设计思路 261
5.7 弹道仿真与实验研究简介 262
第六章 超空泡航行体流场数值模拟 267
6.1 概述 267
6.2 超空泡流动势流求解方法 268
6.2.1 基于势流理论的空化流模型 268
6.2.2 数值解法 270
6.2.3 算例与分析 273
6.3 超空泡流动多相流模型 274
6.3.1 基于NS方程的空化流模型 274
6.3.2 黏流模型的数值解法 278
6.3.3 算例与分析 280
6.4 超空泡航行体流场典型算例 283
6.4.1 绕圆盘的空化流计算 283
6.4.2 绕超空化翼型的空化流计算 287
6.4.3 超空泡航行体空化流计算 292
第七章 空化流场实验研究 301
7.1 概述 301
7.2 超空泡航行体实验研究设备与方法 302
7.2.1 航行体超空泡实验研究分类 302
7.2.2 航行体空泡实验常用设备 303
7.3 空泡实验的相似律问题 314
7.3.1 相似参数因次分析 314
7.3.2 相似参数对超空泡特性的影响 316
7.4 空泡实验测试技术 317
7.4.1 速度测试 318
7.4.2 压力测试 319
7.4.3 流体动力测试 322
7.4.4 空泡几何形态测试 325
参考文献 330