Page 28 - 《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

5 2.0 2.0

4 θ=90°, α=5° 1.5 1.5
θ=80°, α=5°
3 θ=60°, α=5° 1.0 Sec tail-slapping 1.0
2 Cavity Cavity Cavity
1 First tail- collapse 0.5 collapse 0.5 Sec tail-slapping collapse
slapping
* 0 * 0 * 0
ω x ω y ω z
−1 −0.5 −0.5
−2 −1.0 −1.0 θ=90°, α=5°
−3 θ=90°, α=5° θ=80°, α=5°
θ=80°, α=5°
−4 Sec tail-slapping −1.5 θ=60°, α=5° −1.5 θ=60°, α=5°
−5 −2.0 −2.0
0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500
t/ms t/ms t/ms
图 18 入水结构体三向角速度曲线图
Fig. 18 Time-history curves of pitch moment of the rudders
ω ∗ 随入水倾角的减小而减小，在 90°倾角情况下峰值
在入水砰击、首次尾拍阶段，俯仰方向角速度 z
约为 0.25；滚转角速度 |ω | 的峰值随入水倾角的减小而增大；在此过程中未产生偏航方向角速度的明显
∗
x
|ω | 的峰值显著高于 80°和 ω ∗ ω ∗ 对入水倾角变
∗
x y z
变化。在二次尾拍阶段，90°倾角下结构体 60°的情形，但 、
ω ∗ ω ∗ ω ∗ 在不同阶段出现峰值的时刻均随着初始入水倾角的减小而发生迟滞。
x y z
化的依赖性较弱。 、 、
2.4.2 入水倾角对偏转角度的影响
由三向角度曲线图（图 19）可知，自头部触水至空泡收缩溃灭过程中，结构体滚转、偏航角度随时间
显著增大，处于姿态发散状态；俯仰角度在二次尾拍阶段达到峰值后即开始减小并反向增大，直至空泡
收缩溃灭尾空泡壁击打至结构体尾部。由偏转角速度的分析可知，在空泡收缩溃灭阶段空泡壁击打至
结构体尾部瞬间导致的结构体静止效应，滚转、偏航和俯仰方向的转动被抑制，在空泡溃灭结构体沾湿
阶段，滚转、偏航、俯仰角度随之减小，姿态逐渐收敛。自头部入水砰击时刻开始，滚转、偏航角度的绝
对值均随入水倾角的减小而增大，但俯仰角度随入水倾角的变化并不显著。三向偏转角度对入水倾角
的敏感程度由大到小排列：偏航角度、滚转角度、俯仰角度。综合来看，90°入水倾角下结构体三向姿态
角变化最小，入水后的稳定性最佳。

20 15 10.0

θ=90°, α=5° θ=90°, α=5° θ=90°, α=5°
15 θ=80°, α=5° 10 θ=80°, α=5° 5.0 θ=80°, α=5°
θ=60°, α=5°
θ=60°, α=5°
θ=60°, α=5°
Roll angle/(°) 10 5 Yaw angle/(°) 5 Pitch angle/(°) −5.0 0
0 0 −10.0

−5 −5 −15.0
0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600
Time/ms Time/ms Time/ms
图 19 入水结构体三向角度曲线
Fig. 19 Three-directional angles of the water entry vehicle

3 结 论

设计了一种带安定面、尾舵的钝头入水结构体，开展了对该入水结构体高速入水过程中的多次尾拍
载荷特性、入水稳定性的数值研究，揭示了入水倾角对入水结构体入水过程中的结构载荷、尾舵载荷及
入水稳定性的影响规律。主要结论如下。
(1) 钝头入水结构体高速入水过程经历了入水砰击、侧拍、两次尾拍和空泡收缩溃灭等过程，最终空
泡完全包裹入水结构体。轴向、法向及侧向力系数峰值均出现在空泡溃灭阶段，该阶段入水结构体主体
受到的三向力均达到峰值，为最危险工况。其中，空泡溃灭阶段结构体轴、法向受力均随入水倾角的增
大而增大，而侧向受力规律相反。不同入水倾角下结构体的法向过载系数近似于一个常数，轴、法向过

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