Page 25 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 李 尧，等： 结构体高速倾斜入水的尾拍载荷及姿态稳定性 第 1 期

C x 比尾拍阶段高出 个数量级，而首次尾拍的
灭阶段均出现了峰值。从绝对数值看，空泡溃灭阶段 1～2
C x 峰值远高于二次尾拍。相较于首次尾拍出现的脉冲式轴向冲击力，二次尾拍尾舵受力较平缓，但脉宽
长达 50～100 ms。受载荷较大的尾舵 2 和尾舵 4 发生首次尾拍的时间介于 16～19 ms 内，首次尾拍 C x 峰
C x 峰值出现的时间随入水倾角的减小而延迟。
值的绝对值及脉宽随入水倾角的减小而增大，首次尾拍
如图 14 所示，对比不同入水工况下空泡溃灭阶段 C x 峰值的绝对值可知，在 4 个尾舵中，位于迎水侧
的垂直尾舵 1 在空泡溃灭阶段 |C x | 峰值最大，其次为水平尾舵 2；垂直尾舵 1、3 在空泡溃灭阶段 |C x | 峰值
随入水倾角的增大而增大，而水平尾舵 2、4 在空泡溃灭阶段 |C x | 峰值随入水倾角的变化规律刚好相反。
因此，大倾角入水会恶化空泡溃灭时刻垂直尾舵的轴向载荷环境，但会增益水平尾舵的轴向载荷环境。
C φ 在空泡溃灭阶段峰值较尾拍阶段高出 个数量级，垂直尾舵 在
类似的，尾舵法向力系数 2～3 1、3
−2
尾拍阶段的法向力及峰值仅为 10 量级，水平尾舵 2、4 则达到 10 量级。结合尾舵周围的空泡流动可
−4
知尾拍阶段安定面前缘空化形成的空泡有效包裹住了其后的垂直尾舵 1、3，入水结构体在首次尾拍、二
次尾拍阶段没有发生较大的滚转通道角度偏转，垂直尾舵 1、3 舵面法向沾湿面积较小，舵面的法向力相
应较小。
对于水平尾舵 2、4，虽然入水后有前置的安定面保护，但在首次尾拍和二次尾拍时 C φ 均出现了明显
的峰值，即舵面法向仍然受到了显著的水击作用，在带攻角的情况下安定面形成的空泡在尾拍时并不能
完全包裹并保护水平尾舵。水平尾舵 2、4 在首次尾拍时的 C φ 峰值随入水倾角的减小而显著增大，数值
上显著高于二次尾拍，但后者的作用脉宽长达约 50 ms。随着入水倾角的减小，首次尾拍及二次尾拍 C y
峰值的出现也发生了迟滞。
如图 15 所示，4 个尾舵中，仅尾舵 1 在 |C φ | 满足随入水倾角的增大而增大的变化规律，其他尾舵均出
现了先增大后减小的情况。尾舵 1 处于结构体的迎水侧，结构体未发生明显的滚转前，尾舵 1 被前缘安
定面入水产生的空泡包裹，舵面沾湿面积较小，其法向力系数 在入水砰击、尾拍阶段为小量（图 13(a) 和
13(b)）。随着多次尾拍的作用，空泡溃灭前结构体逐渐发生了顺时针滚转，空泡溃灭阶段尾舵 1 不再处
于空泡包裹状态，承受了较大的法向力。计算结果表明，结构体滚转角度随入水倾角的增大而增大，并
且 90°倾角入水条件下结构体发生的姿态滚转角度显著高于 60°～80°倾角入水，因而受到的不对称法向
力更高。因此，尾舵 1 在空泡溃灭阶段法向力系数峰值自 80°倾角至 90°倾角发生显著增幅。尾舵 3 处
于结构体背水侧，入水砰击、尾拍时处于结构体主空泡包裹状态， 也为小量，空泡溃灭阶段受到的法向
力量值上显著低于尾舵 1，且对入水倾角变化不敏感。

0.10 0.8
Rudder 1 Rudder 1
0.09 Rudder 2 0.7 Rudder 2
0.08 Rudder 3 0.6 Rudder 3
Rudder 4
Rudder 4
0.07 0.5
|C x | max 0.06 |C ϕ | max 0.4
0.05 0.3
0.04 0.2
0.03 0.1
0.02 0
55 60 65 70 75 80 85 90 95 55 60 65 70 75 80 85 90 95
θ/(°) θ/(°)
|C x | 峰值 |C φ | 峰值
图 14 空泡溃灭阶段 图 15 空泡溃灭阶段
|C x | at the cavity collapse stage |C φ | at the cavity collapse stage
Fig. 14 Peak value of Fig. 15 Peak value of
尾舵 2 和 4 及相应的安定面在带攻角入水初期，舵面和安定面迎水侧会以对应角度撞击水面，因此
在尾拍时刻数值显著高于尾舵 1 和 3，并且因为对称关系尾舵 2 和 4 的 C φ 数值接近。然而，在尾拍作用

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