哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
航行体水下发射及出水过程是涉及多相流、湍流、空化、强扰动的复杂非定
常过程。航行体尾部的燃气射流气泡的发展演化过程、射流对航行体的冲击、航
行体出水时液面的飞溅、尾空泡溃灭及尾涌现象都有很强的非定常性。在运动过
程中，尾空泡的发展演化、流场特性会相互作用，对航行体底部和表面的压力分
布、受力会产生影响。为了探究这一问题，本文采用数值模拟的方法，对不同出
筒速度、筒口压差下的航行体水下发射过程进行数值模拟。主要研究内容如下：
首先，基于本文研究对象的流动特性，确定了数值模拟过程中需要使用的数
值计算方法、多相流模型和湍流模型；利用商业软件Fluent的UDF技术，完成数
值模拟过程中用户自定义函数的编写；根据基本物理规律，对模型进行了简化，
利用动网格技术解决了网格变形重构问题，建立了数值计算模型。
随后，对航行体垂直发射及出水过程开展了二维轴对称模型的数值模拟，研
究了垂直出水过程尾空泡的发展演化规律、航行体尾部的流场特性变化和航行体
表面受力，揭示了尾空泡演化、航行体受力和尾部流场特性变化之间的耦合关系
及航行体速度和筒口压差对它们的影响。结果表明，尾空泡演化可以分为膨胀、
收缩、断裂、振荡、出水溃灭五个阶段，其中断裂阶段形成的回射流和溃灭阶段
造成的尾涌现象会对航行体底部造成严重冲击。筒口压差的增大会造成回射现象
的增强和尾涌现象的减弱，随着航行体速度增加，回射现象和尾涌现象均会增加。
最后，开展了航行体倾斜出水过程的三维数值模拟分析，基于已经得出的尾
空泡和流场特性的演化规律及其对航行体表面受力的影响机理，探究了航行体偏
转、筒口压差和航行体速度对尾空泡和流场特性演化的影响。结果表明，航行体
偏转削弱了尾空泡断裂形成的回射流，也使尾空泡溃灭时的尾涌现象减弱，在航
行体偏转的拖拽作用下，流场中出现了双涡管结构，进而使尾空泡末端发生明显
分离；随着筒口压差的增加，尾空泡断裂后体积明显降低，航行体底部所受的最
大压力有所升高；出筒速度的提高会导致尾空泡断裂后航行体底部所受最大压力
的降低和双涡管结构的明显增强。
关键词：水下发射；多相流；尾空泡；流场特性；数值模拟
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Theunderwaterlaunchingandemergenceofasailingbodyinvolvecomplex
unsteadyprocessessuchasmultiphaseflow,turbulence,cavitation,andstrong
perturbation.Thedevelopmentandevolutionofthegasjetbubblesatthetailofthe
sailingbody,theimpactofthejetonthesailingbody,thesplashingoftheliquidsurface
whenthesailingbodyemerges,thecollapseofthetailbubble,andtailcavitatingflow,
allexhibitstrongunsteadiness.Duringthemotionofthesailingbody,theevolutionand
flowcharacteristicsofthetailbubblewillinteractwitheachother,affectingthepressure
distributionandforcesonthebottomandsurfaceofthesailingbody.Inorderto