مدل سازی عددی ورود به آب مایل یک پرتابه‌ی پر سرعت استوانه‌ای و بررسی اثر حرکت چرخش محوری بر رفتار دینامیکی آن

از میان انواع پرتابه‌های هوا به زیرسطح، پرتابه‌های چرخش پایدار حائز مزیت‌های اقتصادی و عملیاتی است. برقراری پایداری حرکت اتمسفری پرتابه‌های چرخش پایدار، با اثر ژیروسکوپیک ناشی از اسپین پرتابه امکان پذیر است. در هر حال از منظر طراحی حفظ پایداری حرکتی پرتابه در درون کویتی با چالش اساسی مواجه است. بنابراین بررسی نحوه‌ی تاثیرگذاری پارامترهای موثر بر دینامیک پرتابه در زیرسطح، حائز اهمیت خواهد بود. مطالعه آزمایشگاهی دینامیک پرتابه در زیرسطح، نیازمند بستر تجهیزاتی بسیار دقیق و گران قیمت می‌باشد. بنابراین رهیافت عددی موضوع، می‌تواند کمک شایانی به روند طراحی چنین پرتابه‌هایی نماید. این پژوهش در ابتدا مدل عددی ورود به آب مایل پر سرعت، یک پرتابه‌ی سوپر کاویتاسوینی را ارائه نموده است. نتایج مدل‌سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات راستی آزمایی شده است و نتایج در تطابق مطلوب قرار دارد. در ادامه، ورود به آب مایل یک پرتابه در دو وضعیت دارای اسپین و بدون وجود اسپین، شبیه سازی گردید و نتایج با هم مقایسه شد. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد، در فرآیند ورود به آب مایل، وجود حرکت چرخش محوری، تاثیر بسزایی بر رفتار دینامیکی و سینماتیکی پرتابه‌ی استوانه‌ای نخواهد داشت. بنابراین نتایج این پژوهش نشان داد، در فرآیند ورود به آب مایل پرتابه‌های چرخش پایدار سوپرکاویتاسیونی، با تقریب دقیقی فرض حرکت صفحه‌ای پرتابه برقرار است. لازم به ذکر است، اثبات این فرضیه سبب می‌شود ساده‌سازی‌های قابل توجهی در مدل‌سازی‌های آزمایشگاهی و عددی مسائل آتی روی دهد.

Numerical simulation of high-speed oblique water entry of a cylindrical projectile and investigation of the projectile circular motion (Spin) on the water entry dynamics

Among the airtowater projectiles, the gyroscopic stabilizes ones, have economic and operational advantages over other types. The air stability of such projectiles can be achieved with the gyroscopic effect of the spin. However, maintaining stability of the projectile inside the cavity, is a challenging effect from design and practical point of view. Therefore, it will be important to figure out parameters which effects on the underwater projectile stability. It should be noted that experimental study of the underwater projectile dynamics requires a very precise and expensive equipment. Hence, the numerical approach can be used in the design process. The first section of the study, proposed a dynamic model of an airtowater supercavitating cylindrical projectile. The 6DOF dynamics of the projectile investigated using the StarCCM+ commercial code. The model’s ability to simulate the water entry physical phenomena validated via within literature experimental results and both are in good agreement. Then, the water entry of the projectile was simulated in two situations of having spin and without spinning dynamic, and the results were compared. The results of this study show that, in the oblique water entry process, the existence of circular motion will not have a significant effect on the dynamic and kinematic behavior of the cylindrical projectile. This research proves that, the highspeed oblique water entry dynamics of a supercavitating projectile can well approximated with planar motion in the xy plate. Proof of this assumption can lead to significant simplifications in laboratory and numerical modeling of such dynamics in the future.