1、项目简介
水下超空泡射弹是一种新型水下武器，在功能上与脱壳穿甲弹相似，依靠弹道末端高的动能存量打击目标。超空泡射弹的工作介质是水，而物体在水中所受到的阻力约为在空气中的1000倍，用常规方法明显提高水下航行体速度要受到很大的限制。一段时间以来，研究人员尝试了各种减阻的方法，如边界层抽吸减阻等，但减阻效果通常都不理想。超空泡减阻技术是一种能够使水下高速运动航行体获得90%减阻量的革命性减阻方法，基于这种新概念、新原理研制的水下超空泡射弹，能够突破普通射弹水下运动极限，使水下射弹的速度提高到1000m/s的量级，大大增加射弹的行程和杀伤力，提高进攻和防御潜力。
射弹在水中高速运动时，贴近其表面的液体压力就会降低，当射弹的速度增加到某一临界值时，流体的压力将等于其饱和蒸汽压力，此时流体就会发生相变，由液相变为汽相，这就是空化现象。随着航行体速度的不断增加，空泡沿着航行体表面不断后移、扩大、发展进而构成超空泡。它的构成使液体对物体表面的浸湿面积减少，从而大大降低了粘性阻力，到达减阻的效果。本项目拟透过对已有的射弹结构进行动力特性和流体动力分析，并综合思考阻力系数、升力系数等各种水动力系数以及应用状况来最终优化结构设计，进一步减小射弹运动时受到的阻力、提高其运动时的稳定性。
2、申请理由
本试验小组四人，均来自航天学院飞行器设计与工程专业，在中学时都受过专门的数学竞赛培训，拥有扎实的数学功底和娴熟的研究技能。透过一年的大学学习，我们熟练掌握了高等数学和线性代数这两项研究中基础性的工具以及必要的工程制图知识，学会了查阅文献的基本方法。在导师魏英杰教授的指导下，我们查阅了相关的文献，对本课题已经具有了充分的了解和认识。在与学长们的交流中，我们接触并自学了Matlab、AutoCAD等工具软件。在接下来的暑假中，我们计划自学相关的专业知识如流体力学和结构动力学等，并自学相关的力学分析软件如Fluent，为接下来的设计优化工作打好基础。
我们四人均来自1018003班，相互之间有充分的了解，能够根据个人的潜力和性格进行合理的研究分工。对专业知识的追求和对结构设计方面的兴趣将是我们最大的动力。这次科技创新对我们自身是一个考验，若该项目能够透过申请，我们将在导师魏英杰教授的指导下，充分运用所学知识和专业技能，全心投入其中，发扬严谨求实、知难而进的科学精神，不畏困难，尽自己所能将课题做到最好，并在研究中提高自身的潜力水平。
3、立项背景
研究现状及趋势
自从俄罗斯“暴风”鱼雷的问世，目前，越来越多的国家和人开始意识到超空泡的巨大作用，超多的人力、物理逐渐开始涌入到超空泡的研究之中，超空泡武器必将影响新一代的海战。针对超空化概念的利用，前苏联的乌克兰流体力学研究所于1960年就开始研制超空泡鱼雷，1977年，设计出第一代暴风（шквал）鱼雷，并装备部队，航速达200节，在80年代和90年代初继续发展第二代暴风超空泡鱼雷，航速超过300节，几倍于普通鱼雷的航行速3度。美国开发了机载快速灭雷系统（RAMICS）和自适应高速水下射弹（AHSUM）1，并已经取得了满意的试验结果，Semenenko2论证了航行体人工通气超空泡所需的通气流量与空泡在航行体表面的闭合角有关，并且闭合角越大所需的通气流量越大此外，国外的一些科学家在超空泡领域中也开展了超多的研究工作。LogvinovichGV采用势流理论和试验的方法研究了空化器阻力系数、空化数和自然超空泡形态的关系3。KunzRF等采用“界面追踪法”研究了自然和通气状态下空泡的形态问题4。、、等采用细长锥型射弹进行入水实验，构成了稳定细长的超空泡。
SavchenkoYN8、SemenekoVN9等人得到了一系列空泡形态和阻力系数关系的计算公式。VasinAD10分析了亚声速和超声速工况下超空泡流计算模型，研究了水下激波以及水的可压缩性的数值模拟方法，阐述了水下超声速条件下超空泡流的一些特有问题。Kunz对超空泡的流场特性进行了超多的数值仿真，给出了水下航行体的表面压力分布、空泡形态的尺寸以及阻力系数，同时还给出了三维带攻角航行体的模拟结果。
我国关于水下航行体的空化问题研究已有一段历史，个性在航行体空泡形态、水动力特性和减阻特性方面也开展了超多的试验和数值研究工作12-15。曹伟等利用高速射弹试验对自然超空泡的形态特性进行了研究。张学伟等人发现通气空展经过局部空泡和超空泡两个阶段，两者转变时最明显标志是空泡长度和厚度在短时间内急剧增大，并由此得到了相应的转变判据。易文俊等利用Fluent软件对水下射弹的空泡形态特性进行了数值模拟。杨武钢19等透过对空泡的外形进行量化处理，获得了通气流量以及空化数对细长体超空泡长度和直径等几何特征量的影响规律，同时对实验结果进行了定性和定量分析。傅慧萍等利用Fluent软件研究了回转体空泡流特性，进行了不同头体的空泡几何特性研究及局部空泡阻力特性分析20。鲁传敬等人基于盯方程的单一介质可变密度混合模型进行了回转体三维局部和超空泡流数值模拟，得到了零攻角和非零攻角状况下的双空泡及超空泡形态。
由上述可见，超空泡减阻技术已经对海战武器的研制产生了巨大的影响。美、德、英、法等国都在进行超空泡减阻技术的基础与应用研究，并都有了很大的进展和突破。我国也于近年开展了超空泡技术的基础研究，除了己经研制成功的超空泡鱼雷以及超空泡高速射弹快速灭雷系统之外，一系列的水下、水面、空中或陆地发射的，在空中巡航，水下超高速运动的超空泡武器也将陆续问世它们能够打击陆海空各种军事目标，并以远程攻击、高速、隐蔽等优越的作战效能克敌制。
研究好处
能够预见，随着世界各国对超空泡技术认知的不断深入，在关键技术上不断发展完善，各种新型超空泡武器将以远程攻击、高速、隐蔽等优越的作战优势代替传统的水下武器，把未来海战带入海、空一体的超高速时代，这将大大改变水下作战模式，一个新的超空泡减阻的时代必将到来。