تحلیل برخورد زمان‌مند الاستوپلاستیک پرتابه پرسرعت با سطح آب

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 مربی، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شیراز

2 دانشیار، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شیراز

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز

4 استادیار، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شیراز

چکیده

در این مقاله، برخورد زمانمند الاستوپلاستیک پرتابه پرسرعت با سطح آب به صورت عددی با استفاده از روش اختیاری لاگرانژین-اویلرین شبیه سازی شده است. پرتابه یک جامد الاستوپلاستیک در نظر گرفته شده و شبکه آن به صورت لاگرانژین ایجاد شده است. آب نیز یک سیال تراکم پذیر فرض شده و شبکه آن با روش اویلرین تولید شده است. در این تحقیق شبیه‌سازی در سه گام انجام شده است؛ تحلیل تنش استاتیکی، دینامیکی و همچنین تحلیل برخورد پرتابه با درجات آزادی کامل با سطح آب به روش اختیاری لاگرانژین –اویلرین. اثرات تراکم‌پذیری سیال و کاویتاسیون در آنالیز آخر لحاظ شده است. به منظور صحه‌گذاری نتایج، انتشار موج تنش ایجاد شده در پرتابه ناشی از برخورد با آب، با نتایج تحلیلی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین خطا در مقایسه با نتایج تحلیلی حدود 5% است. همچنین مقدار بیشینه تنش و مکان/مسیر شکست در پرتابه با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده است. تطابق خوب بین مقادیر پیش بینی شده و آزمایشگاهی/تحلیلی نشان دهنده دقت این الگوریتم عددی است. برخورد پرتابه با سطح آب با زوایای مختلف نیز شبیه‌سازی شده است. نتایج نشان می‌دهد که محدوده ایمن زاویه پرتاب برای پرتابه حاضر °5/0± می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Truscott TT, Epps BP, Belden J (2014) Water entry of projectiles. Annu Rev Fluid Mech 46: 355-378.
[2] Savchenko YN, Zverkhovskii AN (2009) Technique of conducting experiments on the high-velocity movement of inertial models in water in the supercavitation regime. Prikl Gidromekh 11(4): 69-75.
[3] Worthington AM, Cole RS (1897) Impact with a liquid surface, studied by the aid of instantaneous photography. Philos T Roy Soc A 189: 137-148.
[4] Bell GE (1924) On the impact of a solid sphere with a fluid surface. Philos Mag 48(287): 753-764.
[5] Birkhoff G, Caywood TE (1949) Fluid flow patterns. Appl Phys 20(7): 646-659.
[6] Birkhoff G, Isaacs R (1951) Transient cavities in air-water entry. Nav Ordnance Rep.
[7] Birkhoff G, Zarantonello EH (1957) Jets, wakes, and cavities. 1st edn. Academic Press, New York.
[8] May A, Woodhull JC (1948) Drag coefficients of steel spheres entering water vertically. Appl Phys 19:1109-1121.
[9] Abelson HI (1970) Pressure measurements in the water-entry cavity. Fluid Mech 44:129-144.
[10] May A (1975) Water entry and the cavity-running behavior of missiles. Tech rep, NAVSEA Hydroballistics Advisory Committee, Silver Spring, MD (Reproduced by NTIS).
[11] Savchenko YuN, Semenenko VN, Serebryakov VV (1993) Experimental  Research  of  Subsonic  Cavitating Flows.  DAN of Ukraine, 2:64-68. (in Russian.)
[12] Kirschner IN (2001) Results of selected experiments involving supercavitating flows. RTO AVT lecture series on supercavitating flows, Von Karman Institute, Brussels Belgium.
[13] Truscott TT, Beal DN, Techet AH (2009)  Shallow angle water entry of ballistic projectiles. Proc Cav Int Symp Cavitation, ed. S Ceccio, Art. 100.
[14] Afanas′eva SA, Belov NN, Burkin VV, D′yachkovskii AS, Evtyushkin EV (2013) Characteristic features of the high-velocity interaction of strikers with obstacles protected by a water layer. Izv Vyssh Uchebn Zaved Fizika 56(4): 8-15.
[15] Ishchenko AN (2014) Theoretical and experimental analysis of the high-velocity interaction of solid bodies in water. J Eng Phys Thermophys 87(2): 399-408.
[16] Karimi H, Mohammadi J, Arabi H, Fesanghari R, Farhadzadeh F, Shariati (2008) Design, production and experiment of small calliber supercavitating projectile. International Conference on innovative approaches to further increase speed of fast marine vehicles, moving above, under and in water surface, SuperFAST’2008, Russia.
[17] Ahmadzadeh M, Saranjam B, Hoseini Fard A, Binesh AR (2014) Numerical simulation of sphere water entry problem using Eulerian–Lagrangian method. Appl Math Model 38:1673-1684.
[18] ANSYS 15 Documentation (2009) User’s Manual. 
[19] Souli M, Benson DJ (2010) Arbitrary Lagrangian Eulerian and Fluid – structure Interaction. 1st edn. Wiley, Hoboken.
[20] Savchenko VT (1997) Reduction of overload on body entering water at high speed. AGARD FDP workshop.
[21] Hagedorn P, DasGupta A (2007) Vibrations and waves in continuous mechanical systems. John Wiley& Sons Ltd.