高速水洞中通气超空泡航行器模型的实验研究

《Scientific Reports》：Experimental study of a ventilated supercavitating vehicle model in a high-speed water tunnel

　　

摘要

为研究通气超空泡载具的空腔形态演变和通气特性，在中国舰船科学研究中心的高速水洞中开展了缩比模型实验。采用高速摄影、压力测量和流量控制手段，获取了不同通气参数下的空腔边界轮廓及其对应的空化数。系统分析了空化器舵角和尾翼对空腔形态和通气特性的影响。结果表明：当无量纲通气系数C_q低于2时，空腔尺寸随通气率的增加而迅速增大；当C_q超过4时，进一步增加通气率对空腔尺寸的影响可忽略不计。空化器舵角会使空腔截面发生变形，其垂向直径可通过cosδ_n定律进行修正。引入修正因子k_δ = 1.25后，空腔轴线偏移与理论预测吻合良好。尾翼的存在显著提高了实现完全包裹空腔所需的最低通气系数，从0.28提升至3.68。基于实验数据，推导了包含尾翼影响的通气特性经验公式。本研究为超空泡载具的通气参数设计和空腔形态预测提供了依据。