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

Abstract

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.