高速弹体跨冰入水冲击荷载及冰盖破坏特性

苏浩文,  郭子涛,  蔺永康,  卢普炎,  沈艾佳

苏浩文, 郭子涛, 蔺永康, 卢普炎, 沈艾佳. 高速弹体跨冰入水冲击荷载及冰盖破坏特性[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261161
引用本文: 苏浩文, 郭子涛, 蔺永康, 卢普炎, 沈艾佳. 高速弹体跨冰入水冲击荷载及冰盖破坏特性[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261161
SU Haowen, GUO Zitao, LIN Yongkang, LU Puyan, SHEN Aijia. Projectile Impact Loads and Ice-Cover Failure Characteristics during High-Speed Projectile Water Entry Through Ice[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20261161
Citation: SU Haowen, GUO Zitao, LIN Yongkang, LU Puyan, SHEN Aijia. Projectile Impact Loads and Ice-Cover Failure Characteristics during High-Speed Projectile Water Entry Through Ice[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics. doi: 10.11858/gywlxb.20261161

高速弹体跨冰入水冲击荷载及冰盖破坏特性

doi: 10.11858/gywlxb.20261161

Projectile Impact Loads and Ice-Cover Failure Characteristics during High-Speed Projectile Water Entry Through Ice

  • 摘要: 极地冰区条件下,航行体跨冰入水过程涉及冰盖断裂、冰碎片飞溅、弹体进入水中后的空泡形成以及流场扰动,构成典型的多介质耦合动力学问题。与传统通过自由水面的入水方式相比,冰层的存在会改变航行体入水前的运动状态和荷载分布模式,并对后续水下空泡形态及流场分布产生显著影响。为揭示弹体在破冰水体侵入过程中的动力响应特性,本研究针对不同弹体头型及冰层厚度条件进行了数值模拟,重点分析了跨冰入水冲击荷载、冰裂纹扩展、冰片飞溅以及入水后空泡演化等特性。结果表明:弹体头型显著影响弹-冰接触方式及能量传递过程,随着头型由平头向卵型头逐渐尖锐化,冰层内高应力区和破坏范围逐渐向侵彻通道附近集中,冰盖破坏由整体弯曲、径向裂纹扩展和强烈碎冰飞溅逐渐转变为局部压碎与穿孔;同时,弹体轴向加速度峰值及频谱幅值逐渐降低,高频成分减弱,冲击荷载由强瞬态加载向平缓连续加载过渡。随着冰层厚度增加,冰盖刚度与局部承载能力增强,裂纹扩展和碎冰飞溅受到抑制,弹体速度与动能衰减加剧,轴向加速度峰值及作用持续时间增大。弹体入水后,平头弹形成的空泡径向尺度和自由液面扰动最大,卵型弹形成的空泡最为细长,但在中厚冰和厚冰条件下更易出现空泡偏转和流场不对称;随着冰层厚度增加,空泡尺寸及压力波传播范围均减小,尾部闭合提前。研究结果可为极区跨介质航行体的结构设计与安全性评估提供重要参考。

     

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  • 网络出版日期:  2026-10-14

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