本發(fā)明涉及沖擊動力學(xué)，尤其涉及一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、彈體入水是兵器設(shè)計與服役中常見的場景，開展彈體入水試驗以考察彈體水下彈道及結(jié)構(gòu)響應(yīng)是彈體研制過程中常見的試驗項目，在考察試驗中通常關(guān)注的試驗條件包括彈體速度和傾角等。

2、常見的彈體入水試驗開展方式為：在水池邊架設(shè)彈體發(fā)射平臺，在水池底部或水池邊架設(shè)高速攝影等拍攝裝置，向水池里注水，通過發(fā)射平臺發(fā)射彈體進入水池，測試獲得彈體水下運動軌跡和空泡形態(tài)等，最后回收彈體，檢測彈體結(jié)構(gòu)響應(yīng)。在回收彈體過程中，為直觀獲得彈體變形破壞形貌或水下攝影裝置，常見處理方法是將水抽干再回收彈體。當(dāng)前水池建造多以規(guī)則圓柱形或長方體為主，為適配彈體不同速度、不同傾角入水，需要修建的水池尺寸很大，造成大量水資源浪費，并導(dǎo)致注水、抽水的過程耗費大量時間，對連續(xù)多次試驗的開展較為不利。另外，由于水池深度較大造成水下鏡頭有效視距減小，對彈體運動軌跡拍攝的清晰度存在一定影響。并且研究表明，在錐頭彈體傾斜入水時，彈體水下彈道失穩(wěn)，并產(chǎn)生向水面方向的偏轉(zhuǎn)。

3、根據(jù)彈體試驗的特點，需要研發(fā)出一種適用于錐頭彈體以不同速度、不同傾角入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題設(shè)計了一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

3、一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，包括以下步驟：

4、s1：根據(jù)彈體入水試驗速度范圍及傾角范圍，選取多個典型入水條件開展彈體入水流固耦合數(shù)值模擬計算；

5、s2：根據(jù)計算得到的彈體水下運動軌跡，將其轉(zhuǎn)化為在全局坐標(biāo)系下的運動軌跡；

6、s3：提取每一種入水條件下彈體在全局坐標(biāo)系下的最大水平位移和入水深度，結(jié)合一定裕量，計算得到對應(yīng)階梯狀水池臺階的起始位置坐標(biāo)；

7、s4：根據(jù)得到的各臺階的起始位置坐標(biāo)，計算整個水池的總體結(jié)構(gòu)尺寸。

8、在步驟s1中，典型入水條件，包括

9、s11：選取彈體入水試驗速度范圍的最大值作為計算入水速度；

10、s12：選取彈體入水試驗傾角范圍內(nèi)多個傾角值作為計算入水傾角，若選取數(shù)目為n，則對應(yīng)設(shè)計的階梯狀水池臺階數(shù)目也為n，選取的傾角包含試驗傾角范圍的最大值和最小值；

11、s13：采用沖擊動力學(xué)軟件開展不同工況下彈體入水流固耦合計算，獲得彈體水下運動軌跡曲線。

12、具體地，在步驟s2中，根據(jù)計算得到的彈體水下運動軌跡轉(zhuǎn)化得到全局坐標(biāo)系下的運動軌跡，包括

13、s21：以彈體觸及水面位置作為彈體水下運動局部坐標(biāo)系的原點，設(shè)彈體水下運動軌跡為( x1, y1)；

14、s22：以水池水面邊緣作為全局坐標(biāo)系的原點，設(shè)彈體在全局坐標(biāo)系下的運動軌跡為( x, y)；

15、s23：局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系式為：

16、；

17、式中 h為彈體發(fā)射口距離水面的豎直高度， θ為彈體入水初始傾角。

18、具體地，在步驟s3中，根據(jù)彈體在全局坐標(biāo)系下的最大水平位移和入水深度計算對應(yīng)階梯狀水池臺階的起始位置坐標(biāo)，包括

19、s31：將選取的n個傾角樣本由大到小排列，記為 θ1、 θ2… θn；

20、s32：每一個入水傾角 θi下，提取彈體在全局坐標(biāo)系下的最大水平位移 x max和入水深度 y min，記為( x i,? y i)；

21、s33：轉(zhuǎn)換得到第 i個臺階的起始坐標(biāo)為，對應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

22、；

23、其中， h為人為設(shè)置的彈體入水最大深度與水池臺階面的距離。

24、具體地，在步驟s4中，水池的總體結(jié)構(gòu)尺寸計算方法，包括

25、s41：水池的總長度范圍為，總深度范圍為，取值方法為：

26、；

27、其中、分別表示水池右側(cè)邊緣與第n個臺階的水平距離以及水池底部與第1個臺階的豎直距離；

28、s42：水池總寬度為彈體直徑的10倍以上；

29、s43：將作為第 i個臺階的水平范圍，作為第 i個臺階的豎直范圍，構(gòu)造出階梯狀水池的臺階結(jié)構(gòu)。

30、本發(fā)明的有益效果在于：

31、（1）本發(fā)明基于彈體入水過程的流固耦合數(shù)值模擬計算，可對彈體入水過程的運動軌跡提前預(yù)測，結(jié)合一定的裕量設(shè)計，可保證彈體入水偏轉(zhuǎn)過程中不與水池壁面發(fā)生碰撞；

32、（2）選取彈體最大入水速度和包含入水傾角極值的典型傾角開展流固耦合數(shù)值模擬計算，設(shè)計的水池尺寸滿足彈體不同速度和不同傾角入水試驗；

33、（3）采取階梯狀水池，在水池修建時土方挖掘作業(yè)量減小，水池實際容積減小使得試驗時注水時間減少，回收彈體時亦無需將整個水池的水抽干，只需抽水至彈體運動的相應(yīng)臺階處，有效減小試驗周期；

34、（4）在階梯狀水池臺階上放置水下攝影裝置，能更清晰拍攝彈體水下運動軌跡和空泡形態(tài)等，有效提高測試結(jié)果的精度。

技術(shù)特征：

1.一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，其特征在于，在步驟s1中，典型入水條件，包括

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，其特征在于，在步驟s2中，根據(jù)計算得到的彈體水下運動軌跡轉(zhuǎn)化得到全局坐標(biāo)系下的運動軌跡，包括

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，其特征在于，在步驟s3中，根據(jù)彈體在全局坐標(biāo)系下的最大水平位移和入水深度計算對應(yīng)階梯狀水池臺階的起始位置坐標(biāo)，包括

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，其特征在于，在步驟s4中，水池的總體結(jié)構(gòu)尺寸計算方法，包括

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于錐頭彈體傾斜入水試驗的階梯狀水池設(shè)計方法，包括根據(jù)彈體入水試驗速度范圍及傾角范圍，選取多個典型入水條件開展彈體入水流固耦合數(shù)值模擬計算；根據(jù)計算得到的彈體水下運動軌跡，將其轉(zhuǎn)化為在全局坐標(biāo)系下的運動軌跡；提取每一種入水條件下彈體在全局坐標(biāo)系下的最大水平位移和入水深度，結(jié)合一定裕量，計算得到對應(yīng)階梯狀水池臺階的起始位置坐標(biāo)；根據(jù)得到的各臺階的起始位置坐標(biāo)，計算整個水池的總體結(jié)構(gòu)尺寸；本發(fā)明設(shè)計的階梯狀水池，水池實際容積減小使得試驗時注水時間減少，回收彈體時亦無需將整個水池的水抽干，只需抽水至彈體運動的相應(yīng)臺階處；且可保證彈體入水偏轉(zhuǎn)過程中不與水池壁面發(fā)生碰撞。

技術(shù)研發(fā)人員：陳建良,楊璞,范宣華,魏強,趙豐鵬,李聰慧,屈明
受保護的技術(shù)使用者：中國工程物理研究院總體工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17