Page 36 - 《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

化，再求解整个流场的运动变化，这就是所谓的数值离散求解方法。关于类似流体动力学问题，目前应
用较多的数值离散求解方法有 3 种，分别是有限元法（finite element method，FEM）、有限差分法（finite
difference method，FDM）和有限体积法（finite volume method，FVM）。FVM 的应用比较成熟，适合处理复
杂边界问题，本文基于 FVM 对流场变化进行离散求解。

2 仿真模型

图 3(a) 为多体水下发射的仿真模型，航行体采用半球头型回转体，直径 d=100 mm，长径比 l/d=8，单
个航行体质量为 16.8 kg，重叠域呈圆柱体形，长方体背景域的尺寸为 18d×18d×46d，水域高度为 34d，初
始 发 射 位 置 的 水 深 为 2.45 m， 航 行 体 3 个 方 向 的 惯 性 矩 依 次 为 I =0.870 kg·m ， I =0.021 kg·m ，
2
2
yy
xx
I =0.870 kg·m （模型的轴向沿 y 方向）。背景域四周及上侧的边界条件均为压力出口，底部的边界条件
2
zz
为壁面。在横流相关的研究中，左侧的压力出口调整为速度进口。
图 3(b) 显示了模型的网格划分，采用切割体网格单元生成器对背景域和重叠域的网格进行划分，网
格划分的基准尺寸为 d，背景加密区域的网格尺寸为 0.1d，远场的网格尺寸为 0.4d。通过壁面函数法求
y + 为 40，满足壁面函数法的求解要求
解航行体近壁区域的流场变化和边界层流动，无量纲壁面距离
30＜y ＜300 ） [26] 。
+
（

Pressure outlet Pressure outlet

Background
Symmetry First projectile region
46d
1.3d
Second projectile Overset
Pressure outlet region
Third projectile

d
Wall

18d 18d
(a) Simulation model (b) Meshing
图 3 仿真模型及网格划分结果
Fig. 3 Simulation model and meshing results

2.1 仿真的有效性验证
为了验证仿真模型的有效性和准确性，基于水下垂直发射试验平台进行缩比弹体出水试验。试验
采用冷发射方式，即通过空气压缩机形成高压气体推动航行体发射出水，压力的大小决定了发射速度。
试验弹体为半球头型，直径为 20 mm，长度为 120 mm，试验弹体的水下垂直发射速度为 20 m/s，水深
0.6 m，利用高速相机拍摄弹体的水中运动空泡演化过程。同时，建立该试验的仿真模型，对比试验和仿
真结果，验证模型的准确性后将其用于后续的多体水下发射仿真。
图 4 为运动初始时刻试验和仿真得到的弹体表面空泡形态，二者吻合良好，本文所建立的仿真模型
能较好地反映空泡的演化过程。图 5 对比了试验和仿真得到的水下发射弹体的运动速度。由图 5 可知，
32 ms 时，试验中弹体的速度衰减至 12.96 m/s，仿真的弹体速度衰减至 12.55 m/s，相对误差为 3.2%，仿真
结果和试验结果基本一致。因此，本文建立的仿真模型可用于模拟多航行体的水下发射过程。

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