致敬巨浪1导弹研发！深究Fluent射弹入水仿真怎么做？

导读：近年来由于超空泡减阻技术的飞速发展，超空泡鱼雷、导弹和超空泡射弹成为了军事强国研究的热点，超空泡减阻技术相继应用在武器研制中，并且成功被部队装备使用。其中，在反鱼雷方面，超空泡射弹作为一种速射防御性武器，具有很重要的应用。

高速射弹入水过程涉及到空化、湍动、穿越自由液面等复杂的物理现象。

一、巨浪1曾在长江大桥做入水深度试验

“假如有来生，我还要搞导弹”，这是一位将自己毕生精力，都交给国家导弹事业的飛辈老人——中国“巨浪一号”总设计师黄纬禄，在其生命垂危之际，依旧挂在嘴边的一句话，回顾往昔，他的一生远离鲜花与掌声，用毕生的心血和智慧，铸就了中华'神剑',谱写了较龙'出水，'巨浪'冲天的丰功伟绩。

资料图：中国巨浪1战略导弹发射

为了获取导弹水下基本力学参数，进行模型弹入水深度的试验是必经步骤。1970年7月的一天，人们惊愕地看到，在新建成不久的南京长江大桥上，放了一台巨大的吊车。似火的骄阳下，一个大家伙（模型弹）重量近10吨、长达10多米正在被反复以各种姿态投入水中……

这次试验获取了大量重要数据，暴露出一些问题。由此，研究人员采取多项针对措施，对导弹设计进行修改完善。在几个月后进行的模拟火箭弹射试验中，整个试验过程均与设计所预想的一致，试验取得圆满成功。

为黄老和巨浪团队点赞！他们所遗留下来的，不仅是彪炳史册的科学成果，更是传承两弹一星精神，勇挑民族复兴重担的科研态度。作为一名科研工作者，不仅向前辈们致敬；在这里，笔者更希望从仿真角度来研究射弹入水过程，希望对我们“后浪”有些许帮助，如有不当，欢迎批评指正。

二、射弹入水仿真采用什么方法

目前对于运动体的数值模拟多采用动网格技术，但是动网格在网格重构的过程中会发生较大的变形，从而导致网格的质量低于初始值，模拟结果精度差。重叠网格技术是采用多套网格，将需要计算的复杂流体区域分成具有简单规则的计算子区域，每个计算子区域中的网格是单独划分的，各个子区域之间存在着不同程度的重叠关系。

重叠网格技术与6DOF动网格相结合可以消除动网格技术中网格重构更新时网格质量变差的结果，因此，重叠网格在网格运动期间始终可以保持很高的网格质量，同时具有强大的模拟复杂运动的能力。

当重叠网格与6DOF网格运动结合时，一般采用两套网格：一套为流体计算域的背景网格，另一套为包裹被分析物体的前景网格。在计算对象运动的过程中，通过计算软件持续的实时检査背景网格和前景网格的重叠区域，在重叠区域通过建立插值关系来实现流场信息的交换，从而达到整体的求解。

三、算例的具体设置方法

• 第一步：首先开启fluent软件。路径选择为网格所在的文件夹。

• 第二步：读入背景网格，这里的背景网格尺寸是一致的，计算域形状是长方体。

• 第三步：先选择背景网格，后续会继续讲解如何读入弹体网格。

• 注意：读入弹体网格的时候不能再次通过读取网格的方式，那样会替换掉已读入的背景网格，所以要选择这种附加文件的形式读入。

• 第四步：选择弹体网格，再点击OK键确定，此时fluent会提示部分边界的ID发生改变，这个提示不影响后续计算，可以忽略。

• 注意：本算例是瞬态的，重力加速度方向是沿着Y轴负方向。

• 第五步：对网格进行check，看到下面信息出现done且无错误提示说明网格可用。

• 注意：查看网格质量，本网格质量为0.782，质量很高，基本可以断定网格质量不会对计算造成影响(前提是网格尺寸布局合理)。

• 第六步：开启多相流模型，总共设置三个相，分别是空气，水和水蒸气。

• 打开材料-流体材料，点开下拉菜单。

• 选中水和水蒸气，点击copy。

• 设置好相间转换关系，机制下拉菜单选空化。

• 第七步：设置好边界条件。

• 第八步：将fluent默认识别成固体域的区域改为流体域。

• 第九步：以编译的方式读入UDF文件。

• 注：选择图中文件。

• 第十步：Build后加载进求解器。

• 第十一步：开启6DOF，创建动网格区域。

注：如图所示建好动网格域，同样的设置再对solid建立动网格域。

• 第十二步：将残差收敛准则改小。

• 第十三步：选择全域进行初始化。

• 第十四步：标记一个区域。

注：如图所示设置区域尺寸。

注：Patch该区域内的水相体积分数。

注：如图所示进行计算。

• 第十五步：计算效果

四、写在最后

本文来自笔者发布在仿真秀平台（官网和App）的专栏文章《高速弹体45度倾斜入水，涉及六自由度、重叠网格(含fluent设置视频教程、网格和计算结果文件)》，如需获得计算网格msh文件、fluent计算文件(包括cas和dat文件)、操作视频文件还有UDF文件。

作者：laplacianFoam，仿真秀专栏讲师

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