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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