Стр. 1 - Высокоскоростное движение цилиндрических тел в воде — формирование кавитационной полости
Упрощенная HTML-версия
УДК 523.36; 531.58
ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТЕЛ
В ВОДЕ — ФОРМИРОВАНИЕ КАВИТАЦИОННОЙ ПОЛОСТИ
С.В. Федоров
,
В.А. Велданов
,
Н.А. Федорова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
e-mail:
На основе численного моделирования в рамках двумерной осесимметричной за-
дачи гидродинамики идеальной сжимаемой жидкости исследована динамика
формирования кавитационной полости за движущимися в воде цилиндриче-
скими телами с различной формой головной части при скоростях движения
от 400 до 2000 м/с. С учетом результатов расчетов и экспериментальных
данных предложена простая модель исследуемого процесса, базирующаяся на
задаче об инерционном расширении сферической полости в идеальной несжи-
маемой жидкости. Показано, что захлопывание кавитационной полости при
движении тела в жидкости с противодавлением может сопровождаться ку-
мулятивными явлениями с формированием высокоскоростной струи жидкости,
направленной вдогон тела.
Ключевые слова
:
гидродинамика, идеальная жидкость, высокоскоростное дви-
жение, кавитационная полость, кумулятивный эффект.
HIGH-VELOCITY MOVEMENT OF CYLINDRICAL BODIES IN WATER:
CAVITY FORMATION
S.V. Fedorov
,
V.A. Veldanov
,
N.A. Fedorova
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
e-mail:
Based on numerical modeling within a two-dimensional axisymmetric problem of
hydrodynamics of ideal compressible liquid, the dynamics of cavity formation in
the water behind moving cylindrical bodies, having head parts of various forms,
is investigated at movement velocities from 400 to 2000 m/s. Using results of
calculations and experimental data, a simple model of the studied process is offered,
which is based on a problem regarding the inertial expansion of a spherical cavity in
the ideal incompressible liquid. It is shown that the cavity collapse during the body
movement in the liquid with counter-pressure can be accompanied by the cumulative
phenomena with formation of a high-velocity liquid jet that moves after the body
along its axis of symmetry.
Keywords
:
hydrodynamics, ideal liquid, high-velocity movement, cavity, cumulative
effect.
При движении тела с высокой скоростью в воде за телом образует-
ся кавитационная полость (каверна), определение формы, размеров и
динамики расширения которой имеет важное прикладное значение. В
силу взаимодействия со стенками каверны элементов конструкции мо-
жет обеспечиваться устойчивость движения высокоскоростного под-
водного аппарата и управление им. Применение в таких аппаратах
кавитаторов (специальных вынесенных вперед элементов конструк-
ции для формирования каверны необходимых размеров) позволяет ис-
ключить взаимодействие с жидкостью основного модуля и снизить
силу сопротивления [1].
137
