Page 33 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 李 腾，等： 多航行体水下发射弹道干扰特性影响数值研究 第 1 期

的载荷特性。张素宾等 [10] 通过雷诺平均 N-S（Navier-Stokes）方法准确模拟了潜射航行体的水下高速垂
直发射过程，得到了通气空泡的演化特性及流体动力压力的变化规律。王一伟等 [11] 通过数值仿真方法
研究了潜射航行体在水下垂直发射过程中的空泡演变过程，建立了空泡溃灭的数学模型，探索了模型肩
部空泡发展变化的流体力学机理。任晓庆 [12] 基于流体域体积多相流模型和 k-ε 湍流模型建立了航行体
水下发射三维数值仿真模型，分析了不同通气参数对空泡发展演化和尾流场内回射流的影响。姜翼冲 [13]
通过流体计算软件模拟了水下航行体齐射六自由度的运动过程，分析了近壁区域的流动分离和尾涡流
现象，研究了不同干扰条件下的航行体水下弹道和运动姿态。权晓波等 [14] 利用混合多相流模型、标准
k-ε 湍流模型和动网格方法建立了三维三自由度仿真计算模型，模拟了航行体水下垂直发射过程，发现随
着水深的增加，尾空泡压力增大，获取了尾空泡的生成演变过程。随后，他们 [15] 开展了不同攻角条件下
的航行体水下发射试验，研究模型表面空化现象，结果表明，随着攻角的增大，模型肩部空泡发展的不对
称性增大，攻角不变时，空化数越小，空泡的不对称程度越高。
关于出水阶段的研究，Cheng 等 [16] 建立了导弹点火和水下发射的耦合模型，在燃气域采用 NND
（non-oscillation and non-free-parameter dissipation）格式计算 Euler 方程，在水域采用 Hess-Smith 方法计算
Laplace 方程，采用 Euler-Lagrange 方法模拟水气交界面。刘曜等 [17-18] 利用数值仿真方法研究了潜射导弹
水下垂直发射的弹道特性和运载器水面分离的弹道特性。李国良等 [19] 利用有限元流固耦合仿真计算方
法研究了潜射导弹出水过程中的冲击载荷特性，推导了潜射导弹出水时受到的冲击力及力矩公式。贾
会霞等 [20] 基于水下发射试验系统研究了不同外形尺寸的航行体出水时超空泡的演化过程，分析了空泡
的形状尺寸和轮廓变化，发现自由液面能抑制临出水空泡的径向收缩，减小航行体的头部锥角会大幅度
降低空泡尺寸。赵蛟龙等 [21] 基于高速摄像系统开展了细长体的出水实验，分析了初始倾角和头型对细
长体倾斜出水及空泡演化的影响，发现细长体的运动轨迹与肩部空泡的闭合位置密切相关，细长体的头
型变钝后，其水下运动的稳定性增强。朱睿等 [22] 利用试验和数值仿真方法研究了不同头型、发射速度、
角度对弹体跨介质出水运动稳定性的影响，获取了不同工况下弹体出水运动的偏转角，结果表明，随着
发射速度和角度的增大，弹体出水的稳定性升高。
综上所述，学者们对单航行体的水下发射过程进行了大量研究，为实现饱和攻击、提升突防概率，对
多航行体水下发射的研究逐渐增多。卢佳兴 [23] 进行了双体水下发射仿真研究，并结合缩比模型试验分
析了齐射出水时双体的相互干扰问题，阐明了出水时模型肩部空泡溃灭的喷溅原理，结果表明，近水面
处空泡的振荡幅度和含气量对肩部空泡溃灭有重大影响，含气量越多，空泡内压力越高，出水空泡溃灭
后在航行体表面形成的冲击越小。高山等 [24] 通过仿真方法进行了肩部不同通气量下双发航行体水下发
射研究，获取了空泡、载荷及运动姿态变化特性，发现在一定通气量范围内主动通气可以改善多体水下
齐射运动不稳定性。武雨嫣 [25] 通过仿真与试验相结合的方法分析了潜射航行体齐射出筒过程中的流场
变化特性，研究了航行体出筒时产生的“水锤”效应对发射筒的影响，发现双体逆序发射不利于筒内压
力的稳定。
目前，对航行体的水下发射研究多集中于单体运动，对多体水下发射的研究较少。本文中，利用数
值仿真方法研究不同空间排列方式、发射速度及横流对多体水下发射的弹道干扰特性的影响。

1 仿真研究方法

采用 star ccm+流体计算软件，基于重叠网格技术，选择 VOF（volume of fluid）多相流模型、可实现的
k-ε 湍流模型和 Schnerr-Sauer 空化模型建立多体水下发射六自由度运动的数值仿真模型，并通过数值离
散方法求解控制方程。
1.1 基本控制方程
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航行体的水下发射过程涉及水、空气及水蒸气等多相流动，其雷诺数一般在 10 量级，该多相流动
具有瞬时非定常性和不确定性，描述该过程的基本控制方程有连续性方程、动量方程和能量方程。

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