小口径超空泡子弹头部外形的优化设计

马文轩 于勇 胡俊

马文轩, 于勇, 胡俊. 小口径超空泡子弹头部外形的优化设计[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(3): 033305. doi: 10.11883/bzycj-2021-0092
引用本文: 马文轩, 于勇, 胡俊. 小口径超空泡子弹头部外形的优化设计[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(3): 033305. doi: 10.11883/bzycj-2021-0092
MA Wenxuan, YU Yong, HU Jun. Optimal design of the head shape of a small-caliber supercavitating projectile[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(3): 033305. doi: 10.11883/bzycj-2021-0092
Citation: MA Wenxuan, YU Yong, HU Jun. Optimal design of the head shape of a small-caliber supercavitating projectile[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(3): 033305. doi: 10.11883/bzycj-2021-0092

小口径超空泡子弹头部外形的优化设计

doi: 10.11883/bzycj-2021-0092
详细信息
    作者简介:

    马文轩(1997- ),男,硕士研究生,1443407530@qq.com

    通讯作者:

    于 勇(1976- ),男,博士,副教授,yuyong@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O359

Optimal design of the head shape of a small-caliber supercavitating projectile

  • 摘要: 在水下高速运动时,小口径射弹周围的水会发生空化现象,阻力系数最优的弹头几何外形对应着射弹被空泡全包裹的超空泡状态。针对一种小口径射弹,可以利用计算流体力学(CFD)数值方法模拟含空化现象的气液两相流动,探究空泡形态和阻力系数与射弹头部几何外形的关系。选取三段锥形为基本射弹头形,采用分步优化方式对射弹头部外形进行了优化。同时,结合神经网络与序列二次规划(SQP)算法减少优化过程中的计算量,缩短了优化工作所需的总时间。优化后的射弹阻力系数比优化前的减小约30%,且能够形成包裹全弹体的超空泡。
  • 图  1  计算域网格划分和边界条件

    Figure  1.  Mesh generation and boundary conditions

    图  2  DBP87普通弹

    Figure  2.  DBP87 bullet

    图  3  DSG公司的自然超空泡技术水下枪弹

    Figure  3.  DSG’s general purpose supercavitating bullet

    图  4  调整后的射弹头部及参数

    Figure  4.  Projectile parameters after adjustment

    图  5  DBP87和射弹1的空泡形态

    Figure  5.  Cavitation shapes of DBP87 and projectile 1

    图  6  阻力系数随倾斜角θ1的变化

    Figure  6.  Resistance coefficients varying with θ1

    图  7  空泡形态随倾斜角θ1的变化

    Figure  7.  Cavitation shapes varying with θ1

    图  8  阻力系数随空化器直径D1的变化

    Figure  8.  Resistance coefficients varying with D1

    图  9  空泡形态随空化器直径D1的变化

    Figure  9.  Cavitation shapes varying with D1

    图  10  阻力系数随倾斜角θ2的变化

    Figure  10.  Resistance coefficients varying with θ2

    图  11  空泡形态随倾斜角θ2的变化

    Figure  11.  Cavitation shapes varying with θ2

    图  12  阻力系数随长度L2的变化

    Figure  12.  Resistance coefficients varying with L2

    图  13  空泡形态随长度L2的变化

    Figure  13.  Cavitation shapes varying with L2

    图  14  BP神经网络近似计算模型

    Figure  14.  Approximate calculation model of BP neural network

    图  15  优化后的射弹与原始射弹的外形对比

    Figure  15.  Shape comparisons of the optimized projectiles with the original projectile

    图  16  射弹速度900 m/s时优化后的射弹与原始射弹的空泡形态对比

    Figure  16.  Cavitation shape comparisons of the optimized projectiles with the original projectiles at 900 m/s

    图  17  射弹速度600 m/s时优化后的射弹与原始射弹的空泡形态对比

    Figure  17.  Cavitation shape comparisons of the optimized projectiles with the original projectiles at 600 m/s

    图  18  射弹速度400 m/s时优化后的射弹与原始射弹的空泡形态对比

    Figure  18.  Cavitation shape comparisons of the optimized projectiles with the original projectiles at 400 m/s

    表  1  射弹1的参数

    Table  1.   Parameters of projectile 1

    θ1/(°)L1/mmθ2/(°)L2/mmθ3/(°)L3/mmD1/mm
    50.0540.48012.5552.3157.40411.7040.780
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    表  2  射弹2的参数

    Table  2.   Parameters of projectile 2

    θ1/(°)L1/mmθ2/(°)L2/mmθ3/(°)L3/mmD1/mm
    55.0000.38712.5552.4097.40411.7040.780
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    表  3  射弹3的参数

    Table  3.   Parameters of projectile 3

    θ1/(°)L1/mmθ2/(°)L2/mmθ3/(°)L3/mmD1/mm
    55.0000.38713.0002.4097.30911.7040.780
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    表  4  射弹4的参数

    Table  4.   Parameters of projectile 4

    θ1/(°)L1/mmθ2/(°)L2/mmθ3/(°)L3/mmD1/mm
    55.0000.38713.0003.5006.70410.5960.780
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    表  5  射弹5的参数

    Table  5.   Parameters of projectile 5

    θ1/(°)L1/mmθ2/(°)L2/mmθ3/(°)L3/mmD1/mm
    55.0000.40413.0004.0006.38710.0960.780
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-18
  • 修回日期:  2021-09-17
  • 网络出版日期:  2022-02-12
  • 刊出日期:  2022-04-07

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