【摘 要】
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超空泡减阻技术在水下高速航行体的研究中应用广泛,对该技术的研究主要包括数值仿真和实验研究两方面,其中,由于超空泡本身复杂的流场特性,实验研究是评估航行体水下运动性能的重要手段。超空泡射弹水槽实验研究相较仿真研究,其空化现象与实际应用更为相近,但由于其发射状态不易控制、试验条件受限及分析方法缺乏等,取得的成果有限。本文针对目前对水中高速射弹空泡形态及弹道参数精确测试能力的不足,搭建了一套能够对超空泡
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超空泡减阻技术在水下高速航行体的研究中应用广泛,对该技术的研究主要包括数值仿真和实验研究两方面,其中,由于超空泡本身复杂的流场特性,实验研究是评估航行体水下运动性能的重要手段。超空泡射弹水槽实验研究相较仿真研究,其空化现象与实际应用更为相近,但由于其发射状态不易控制、试验条件受限及分析方法缺乏等,取得的成果有限。本文针对目前对水中高速射弹空泡形态及弹道参数精确测试能力的不足,搭建了一套能够对超空泡射弹的空泡形态和三维运动轨迹进行高精度测量的小型水中弹道测试平台,建立了一套能够开展空泡时空演化规律分析的图像处理技术,最后利用光电转换技术设计了一种激光区截测速装置,该装置能够在区截位置对水下高速航行体运动速度进行高精度测量。本文中主要工作:（1）设计搭建了小型水中弹道测试平台,使用电磁线圈炮作为发射装置,大功率LED灯作为背景光源,分别使用两台高速相机同时在x-y和x-z平面上,对6中不同构型水中高速射弹的运动情况进行了测试;（2）建立了基于canny算子的空泡边缘检测方法,对试验采集图像进行分析,得到了不同构型射弹空泡时空演化规律,并与理论结果进行了对比;同时基于该图像分析方法,得到了两个正交平面上弹头运动坐标,结合水中弹道方程和卡尔曼滤波原理实现了射弹三维运动轨迹拟合;（3）基于光电检测技术设计研制了激光光幕测速装置,编写了基于labview的测试软件,实现了在区截位置对弹丸过靶速度及位置的精确测量,同时与基于图像处理的分析结果进行了对比。结果表明本文搭建的小型水中弹道测试平台能够有效开展高速射弹水中弹道机理分析,其建立的图像处理分析技术能够获得准确的水下高速射弹空泡外形,并对水中高速航行体的三维弹道进行拟合,激光光幕测速装置具有较高的测试精度,且能够对基于图像的水中弹道分析方法提供标定结果。
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