射彈高速打擊下油箱空腔動(dòng)力學(xué)研究

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252012V01．33No71181．”88ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：Ehkxb．buaaedu．crlhkxb@buaaedu．cn文章編號(hào)：1000—6893(2012)07—118卜08射彈高速打擊下油箱空腔動(dòng)力學(xué)研究蔡海亮，宋筆鋒，裴揚(yáng)*，王剛西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院．陜西西安710072摘要：為了確定高速射彈擊穿飛機(jī)油箱后干艙起火的時(shí)間和燃油的泄漏流速，需要對(duì)射彈穿人燃油引起的空腔形成和崩塌過程進(jìn)行

2、分析，確定空腔的崩塌完成時(shí)間和空腔內(nèi)的壓力。建立了用于模擬高速射彈侵入燃油后空腔形成和崩塌的解析模型和數(shù)值模型．分析了射彈速度衰減引起的動(dòng)能損失和空腔形成所需的能量之間的轉(zhuǎn)換過程，定量計(jì)算了空腔內(nèi)壓力以及空腔崩塌完成時(shí)間和位置。研究結(jié)果表明：對(duì)于給定形狀和尺寸的射彈，在空腔形成和崩塌期間，空腔內(nèi)的壓力和空腔崩塌完成時(shí)間變化較小，與射彈速度無關(guān)近似為常數(shù)；空腔初始崩塌的位置與撞擊速度之間存在弱相關(guān)性。關(guān)鍵詞：油箱；干艙；撞擊；空腔；射彈中圖分類號(hào)：V21l文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A飛機(jī)油箱附近干艙的燃燒和爆炸是引起飛機(jī)殺傷的主要原因之一

3、，作戰(zhàn)環(huán)境中于艙的燃燒多由射彈高速打擊油箱產(chǎn)生。為了有效地采取干艙防燃抑爆措施，首先必須進(jìn)行干艙的引燃和燃燒分析，研究高速射彈打擊油箱過程，定量給出燃油泄漏的時(shí)間和泄漏流速為干艙引燃定量分析提供數(shù)據(jù)支持顯得尤為重要。高速射彈在穿透油箱壁進(jìn)入燃油過程中會(huì)形成兩個(gè)空腔，一個(gè)靠近油箱壁穿孔，另一個(gè)遠(yuǎn)離油箱壁穿孔。國(guó)內(nèi)外關(guān)于油箱狀態(tài)變化的研究集中考慮后一種，即遠(yuǎn)離油箱壁穿孑L的空腔動(dòng)力學(xué)分析?？拷拖浔诖┛滋幍目涨恢饕绊懹拖淙加偷某跏夹孤顟B(tài)和噴霧形成，從而對(duì)油箱附近干艙的引燃和燃燒有較大影響，對(duì)油箱結(jié)構(gòu)的損傷和破壞影響較??；遠(yuǎn)

4、離油箱壁穿孔處的空腔吸收了大部分射彈在液體燃油中損耗的動(dòng)能，所產(chǎn)生的沖擊波對(duì)油箱壁結(jié)構(gòu)的毀傷有較大貢獻(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者致力于遠(yuǎn)離油箱壁穿孔空腔的研究口。7]，重點(diǎn)研究射彈打擊油箱后油箱結(jié)構(gòu)的毀傷和油箱的自封效果等，例如，杜忠華等口1致力于研究油箱在遭受彈丸打擊后油箱自封性能的研究；陳亮[z1針對(duì)油箱遭受高速彈丸打擊后燃油的液壓沖擊效應(yīng)及油箱在采取一定防爆措施(填充鋁網(wǎng)、惰性氣體等)后油箱的抑燃抑爆效果進(jìn)行了分析；Disimile等[3。4]和Va—ras等[-。71則主要針對(duì)油箱內(nèi)液壓沖擊效應(yīng)及壓力波對(duì)油箱結(jié)構(gòu)的損壞

5、進(jìn)行了研究。以上研究更多的是考慮了液壓沖擊效應(yīng)和油箱壁結(jié)構(gòu)的破環(huán)，而針對(duì)油箱壁穿孔處空腔的分析較少。穿孑L油箱燃油的泄漏時(shí)間和泄漏流速直接影響油箱附近十艙的引燃和燃燒，而進(jìn)行燃油泄漏時(shí)間和泄漏流速的定量分析之前，要確定油箱穿孔附近空腔的持續(xù)時(shí)間和空腔內(nèi)的壓力變化。本文立足于文獻(xiàn)[8]～文獻(xiàn)[14]在彈丸浸水方面的研究，分析了彈丸在穿透油箱壁進(jìn)入燃油后所形收稿El期：2011—10—08；退修El期：2012-01一18；錄用日期：2012一(33—16；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2012—03—3111：47網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnk

6、i．net／kcms／detail／111929V20120331．1147．005html基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(11102159)；西-iLl業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(NPU．FFR．JC20100221)*通訊作者Tel．：029-88495914E-mail：peiyang—yang@nwpuedu．cn引用榕武

7、CaiHL，Son98F，PeiY，etalCavitydynamicsstudyoffueltankimpactedbyhigh-speedprojectile．ActaAerooauticaetAstr

8、o．nauticaSinica．2012，33(7)：118l—1188蔡海亮．宋筆鋒．裴揚(yáng)。等÷射彈高速打擊下油箱空腔動(dòng)力學(xué)研究航空學(xué)報(bào)。2012．33(力：”87—1188航空學(xué)報(bào)成的空腔，重點(diǎn)分析了油箱壁穿孔附近空腔的狀態(tài)變化，建立了油箱壁穿孔附近空腔的解析模型，并采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SmoothedParticleHydrodynamics，SPH)方法∽3建立了射彈打擊油箱的數(shù)值模型用于分析穿孔附近空腔壁速度的變化，利用能量守恒原則計(jì)算得出了空腔的持續(xù)時(shí)間和空腔內(nèi)的壓力，為后續(xù)的干艙燃燒及干艙防燃抑爆措施的采

9、取提供了數(shù)據(jù)支持。射捭動(dòng)能隨射捍移動(dòng)距離的變化夭糸，即dE。／dx為瓦dEp--mpu瓦dVp—m。雕(2)=fl(vp)=學(xué)(3)式中：E，=0．5m。V；；工，為射彈位置；p為速度衰減系數(shù)。1理論分析1·2空腔動(dòng)力學(xué)1．1射彈動(dòng)力學(xué)假設(shè)一擊穿油箱壁浸入燃油時(shí)初始速度為V。的射彈沿+z方向直線穿入燃油