مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه عددی و آزمایشگاهی مسئله ورود به آب یک پرتابه و بررسی اثر سرعت برخورد بر زمان و عمق جدایش حباب

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا/دانشگاه فردوسی
2 عضو هیات علمی دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این مقاله مسئله ورود به آب یک پرتابه سه بعدی با دماغه نیم‌کروی با استفاده از روش آزمایشگاهی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل عددی یک مدل سه بعدی از پرتابه با دماغه نیمکروی و در شرایط شش درجه آزادی در نظرگرفته شده است. از الگوریتم کوپل اویلری - لاگرانژی برای در نظر گرفتن برهم‌کنش بین سیال و سازه (پرتابه) استفاده شده است. از طریق تماس اویلری - لاگرانژی، جسم لاگرانژی (پرتابه) می‌تواند با ماده اویلری (آب) برهم کنش نماید. همچنین از یک معادله حالت برای بیان رفتار هیدرودینامیکی ماده اویلری استفاده شده است. نتایج حل عددی هم با نتایج آزمایشگاهی موجود مربوط به سقوط کره در مقالات و هم با نتایج آزمایشگاهی کار حاضر که مربوط به پرتابه است، مقایسه شده است. آزمایش برای یک پرتابه با دماغه نیمکروی و در یک تانک آب مجهز به سیتم پرتابگر و دوربین سرعت بالا انجام شده است. نتایج شبیه سازی عددی شامل شکل حباب هوای تشکیل شده و مسیر حرکت پرتابه با نتایج آزمایشگاهی کار حاضر مقایسه شده است. تطابق خوب نتایج عددی و آزمایشگاهی دقت و کاربرد الگوریتم عددی را آشکار می‌کند. همچنین مشاهده گردید که لحظه وقوع جدایش حباب تابع بسیار ضعیفی از سرعت برخورد است ولی عمق جدایش با افزایش سرعت برخورد، به صورت خطی افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical and Experimental Investigation of a Projectile Water Entry Problem and Study of Velocity Effect on Time and Depth of Pinch-off

نویسندگان English

Mohammad Reza Erfanian 1
Mohammad Moghiman 2
چکیده English

In this study, the water entry problem of a spherical - nose projectile is investigated numerically and experimentally. For the numerical simulations, a three dimensional model of the projectile with six – degree – of – freedom rigid body motion is considered. A Coupled Eulerian - Lagrangian (CEL) method is employed for modeling fluid - structure interactions. Through Eulerian - Lagrangian contact, Eulerian material can interact with Lagrangian elements. Also, an equation of state model describes the hydrodynamic behavior of the material. The numerical results are well compared with the available experimental results of a falling sphere in the literature and also the experiments of the current study. The experiments are performed for a spherical-nose projectile in a water tank equipped with a launching system and a high speed camera. The simulation results such as air cavity shape and the projectile trajectory are compared with the presented experiment data. The good agreement observed between the numerical results and those of the experiments, revealed the accuracy and capability of the proposed numerical algorithm. Also it has been shown that the pinch – off time is a weak function of impact velocity, however, increasing velocity leads to a linear increase in depth of pinch - off.

کلیدواژه‌ها English

Water entry
Coupled Eulerian - Lagrangian
Projectile
Pinch - off time