通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究.pdf

通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究陈泰然1,2，胡宏伟1,2，谭树林2，杨国欣2，何燕飞1,2（1.北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081；2.北京理工大学 重庆创新中心，重庆 401120）摘 要：栅格翼可通过自身受到的流体力改善水下航行体姿态，通气技术可以通过改善水下航行体表面流体载荷稳定其姿态，将通气技术应用于带栅格翼航行体有望大幅提高航行体水下垂直运动的稳定性.文中采用重叠网格技术和六自由度求解器对水下航行体运动和流场演化进行了数值模拟，通过与实验结果对比验证了所采用数值计算方法的准确性，分别探究了航行体安装栅格翼和通气以及不同通气率对带栅格翼水下航行体运动稳定性的影响.结果表明：通气和安装栅格翼可以降低航行体水下运动时的偏转角，有利于提高其运动稳定性，其中栅格翼的作用更明显.带栅格翼航行体随着通气率的增加，偏转角减小，当通气空泡长度发展到航行体质心位置以下时，产生与偏转角方向相反的回正力矩，当通气空泡将栅格翼包裹，栅格翼对航行体稳定作用失效，这对通气条件下水下航行体加装栅格翼具有重要的指导意义.关键词：水下航行体；栅格翼；通气空化；通气率；水动力中图分类号：TV131.2 文献标志码：A 文章编号：1001-0645(2024)05-0501-11DOI：10.15918/j.tbit1001-0645.2023.144Numerical Simulation of Underwater Vehicle with GgridWing Under Active VentilationCHEN Tairan1,2，HU Hongwei1,2，TAN Shulin2，YANG Guoxin2，HE Yanfei1,2（1.School of Mechanical Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;2.Chongqing Innovation Center,Beijing Institute of Technology,Chongqing 401120,China）Abstract：Grid fins can improve underwater vehicles attitude through the fluid forces they received,and ventila-tion technology can stabilize the attitude of underwater vehicles by improving their surface fluid loading.The ap-plication of active ventilation technology to the vehicle with grid fins has been expected to significantly improvethe underwater vertical motion stability of vehicles.In this paper,the overlapping grid technology and six-degree-of-freedom solver were used to simulate the movement and evolution of underwater fluid field around thevehicle.Comparing with the experimental results,the accuracy of the numerical calculation method was verified,exploring the effects of ventilation installation of grid wings,and different ventilation rates on the motion stabil-ity of underwater vehicles with grid fins.The results show that ventilation and installation of grid wings can helpto reduce the deflection angle during the launch process and to improve its motion stability,showing the excel-lent role of grid wings.And the deflection angle can decrease with increasing of ventilation rate,and when thelength of the ventilation cavity develops to the position below center of mass of the vehicle,a normalizing mo-ment opposite to the direction of the deflection angle will be generated,and if the ventilation cavitation wrapsgrid fins,the grid fins will be invalid.This achievement possesses an important guiding significance for under-water navigational body to install the grid wing and navigate under the condition of ventilation.Key words：underwater vehicles；grid wings；ventilated cavitation；ventilation rate；hydrodynamic 收稿日期：2023 07 17基金项目：中国博士后科学基金资助项目（2022M720452)；共用技术领域基金资助项目(80907010302).作者简介：陈泰然（1990），男，博士，副研究员，E-mail：.通信作者：何燕飞（1995），男，博士后，E-mail：.第 44 卷第 5 期北 京 理 工 大 学 学 报Vol.44No.52024 年 5 月Transactions of Beijing Institute of TechnologyMay 2024为对航行体水下垂直运动阶段实施控制策略，栅格翼作为一种新型承力结构，由众多大展弦比、有限翼展的栅格镶嵌在翼框内组成，其强度质量比高，在较小的体积内提供多个升力面和控制面，对提高航行体的稳定性和可控性发挥重要的作用.起初研究者将栅格翼应用于空中导弹、火箭等气动领域，对栅格翼和航行器组合体开展计算分析工作1.随后研究者们开始将栅格翼应用于水下航行体，探究栅格翼的水动力特性.鲍文春等2则对栅格翼水下动态展开过程进行研究，形成了栅格翼动态展开过程参数工程预示方法，通过与水下航行体弹射试验数据进行对比，验证了预测方法的可靠性.为获得栅格翼展开过程对水下航行体弹道稳定性的影响，苏太昌3针对单个栅格翼展开过程和栅格翼随航行体水下瞬间展开过程进行了数值计算和分析.王学占等4采用新型结构重叠网格的方法对带有栅格翼的导弹流场进行数值模拟，并与实验结果进行对比，验证了这种方法的适用性.在针对栅格翼建立水动力数学模型方面，陈玮琪等5得到了栅格翼的翼片数目、翼片间距、翼片厚度、攻角及间隙空泡对其水动力的影响规律.在新型栅格翼外型方面，夏艳艳等6针对栅格翼不同边框剖面形状和翼片数量开展试验研究，得到翼片数量的影响规律并设计出一种具有低阻力特点的边框剖面.在栅格翼空化特性研究方面，鲍文春等7对一种典型结构栅格翼进行数值仿真计算，得到了其空化特性的演变规律；朱滢铧等8设计出拥有负压梯度框架的栅格翼，并开展了数值计算，结果表明此栅格翼可以降低临界空化数，并得到了不同攻角下，叶片数量对升阻力系数的影响规律.在航行体水下垂直运动阶段，绕流作用在航行体表面产生较大流体动力载荷，通气技术可以很好地改善航行体受到的流体动力载荷，通过在航行体表面形成覆盖局部表面的等压气膜，改善航行体表面的流体动力特征，进而有效改善航行体水下弹道及姿态，多年来受到更多的关注和研究.很多研究者开展实验方面的研究，张敏弟等9在高速水洞中对绕圆盘空化器的通气空化流动进行了实验研究，得到了空化流动随空化数和通气率的变化规律.刘涛涛等10对水下垂发航行体进行数值模拟，得到了空泡内部压力与泡内位置和通气时序的关系，并进一步处理分析得到泡内气体具有三种流向.李聪慧等11对三维非定常通气超空泡流动进行了数值模拟，得到了回转运动中纵平面内空泡形态变化以及空泡周围压力分布规律.为了解决航行体在全沾湿状态下阻力大的缺点，CHEN 等12针对非回转体空化器优化设计，使其在全沾湿状态下的阻力降低，超空化状态下可以高速运动.栅格翼可以有效改善航行体姿态稳定性，通气技术可以改善水下航行体表面受到的流体载荷，将通气技术应用于带栅格翼航行体有望大幅提高航行体水下垂直运动的稳定性.为进一步探究航行体水下运动阶段栅格翼作用与通气空泡发展相耦合过程对航行体运动稳定性的影响规律，文中使用 STAR-CCM+软件13对通气条件下带栅格翼航行体水下垂直运动过程开展三维数值仿真计算，揭示栅格翼和通气对航行体的流体动力特性的影响以及不同通气率下通气空泡与栅格翼对水下航行体耦合作用规律.1 数值计算方法 1.1 基本控制方程水下航行体通气运动过程计算涉及到气液两相，选取均相流基本模型14 16，采用 VOF 方法对两相界面识别，其连续性方程、动量方程式17 18如下：连续性方程表现形式为mt+(muj)xj=0（1）动量方程表现形式为(mui)t+(muiuj)xj=mgpxi+(m+t)(uixj+ujxi)xj（2）式中：i 和 j 分别为坐标轴方向；m为混合介质密度；m为混合动力黏性系数；t为湍流黏性系数；p 为流体的静压力；u 为流体运动速度；g 为重力加速度.在均相流假设下，混合介质密度 m和 m定义为m=vv+ll+gg（3）m=vv+ll+gg（4）式中：则为该相介质体积率；为相介质动力黏性系数；下标 v、l、g 表示不同的相介质.1.2 湍流模型航行体和栅格翼表面附近涉及边界层分离和强湍流流动，采用 Realizable k-湍流模型19，它通过对湍动能和湍流耗散率的传输方程进行求解，以确定湍流涡黏度.对于均相流数值计算，其方程如下：502北 京 理 工 大 学 学 报第 44 卷kt+(kuj)xi=xi(m+tk)kxj+mS2（5）t+(uj)xj=xj(m+t)xj+C1S2C22C2k+v+S（6）tC1=max0.43,+3C2=1.9S=2SijSijSij=12(uixj+ujxi)=skk=1.0=1.2式中：k 为湍动能；为湍动能耗散率；为湍流黏度；.1.3 空化模型对栅格翼绕流过程，背水面速度较快，极易发生空化现象，产生的空泡是由水介质在压力降低至饱和蒸汽压以下变成的蒸气，因此需要引入空化模型.文中选取 Schnerr-Sauer 空化模型20对水介质和蒸汽之间的质量传输进行求解，进而模拟空泡的增长和溃灭.m+=vlmv(1v)3rb(23pv pl)12,p 00来流攻角来流攻角栅格格片栅格格片侧边框图 1 栅格翼几何及特征参数示意图6Fig.1 Sketch of the geometry and characteristic parameters of the grid wing 6 表 1 栅格翼结构尺寸6 Tab.1 Dimensions of the grid wingstructure6单位：mm翼展翼高翼弦翼间距框厚翼厚93.646.815.6141.51各量纲一的系数计算公式为CFL=FL12v2S（9）CFD=FD12v2S（10）第 5 期陈泰然等：通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究503CFLCFD式中：为升力系数；为阻力系数；FL为升力；FD为阻力；为水的密度；v为来流速度；S 为参考面积.计算域几何形状和大小参考实验装置如图 2 所示，其基本几何为圆柱体，直径 350 mm，实验时在栅格翼底部添加平板以模拟弹体影响，故计算域底部简化为平面.通过速度入口控制来流速度为 8 m/s，以调节压力出口背压的方式实现对来流空化数的控制，水介质的饱和蒸汽压设置为 3 169 Pa.采用以六面体网格单元为基础的切割体网格，对栅格翼壁面附近和尾流区域进行局部加密处理，整体网格数量约为 340 万，网格示意图如图 3 所示.为验证计算栅格翼三维多相流场数值方法的正确性，将模拟结果升阻力系数与实验结果对比如图 4所示，可以看出两系数变化趋势一致，数值基本相同，阻力系数平均相对误差为 2%，升力系数平均相对误差为 10%，说明文中数值方法可以准确模拟出栅格翼升阻力特性.尾流区加密近壁面加密XZ图 3 流场网格加密示意图Fig.3 Sketch of flow field grids encryption 00.40.81.21.62.02.40.100.150.200.250.300.350实验0模拟8模拟8实验8模拟8实验12模拟12实验12模拟12实验FD(a)阻力系数00.40.81.21.62.02.41.20.80.400.40.81.212模拟12实验8模拟8实验0模拟0实验8模拟8实验12模拟12实验FD(b)升力系数图 4 升阻力系数对比Fig.4 Comparison of lift resistance coefficients 1.5 回转体通气空泡数值仿真与实验验证为进一步验证文中所采用数值方法对通气空泡计算的正确性，根据实验22中所采用的回转体结构建立如图 5 所示的计算几何模型，回转体长度 Lh=135 mm，回转体直径 Dh=20 mm，通气缝宽度为 1 mm；并按照实验装置建立计算域如图 6 所示，计算域边界和回转体表面均为无滑移壁面条件，通气缝为质量流量出口条件.将回转体水下垂直运动通气过程中整体空泡形态的发展演化过程的数值模拟结果与实验结果进行对比验证，如图 7 所示.由于回转体向上运动 YXZ壁面压力出口速度入口壁面栅格翼图 2 栅格翼计算域示意图13Fig.2 Sketch of the computational domain of the grid wing 13 0.09Lh回转体头部1 mmDhLh回转体尾部图 5 回转体几何示意图21Fig.5 Sketch of the geometry of the axisymmetric body 21504北 京 理 工 大 学 学 报第 44 卷过程中气体的不断排出，空泡轴向长度轴向逐渐变长，覆盖航行体表面占比变大，径向保持先扩张后收缩的趋势，数值模拟结果与实验空泡形态演化过程一致，说明数值计算方法能够准确计算出通气空泡形态.自由液面400 mmYXZ2 200 mm通气缝135 mm350 mm800 mm350 mm700 mm图 6 计算域示意图21Fig.6 Sketch of the computational domain21 (a)t=t0(b)t=t0+4 ms(c)t=t0+8 ms(d)t=t0+12 ms图 7 绕回转体空泡形态数值计算与实验结果对比（上为实验结果21，下为数值计算结果）Fig.7 Comparison of numerical calculation and experimental results for thecavity shapes around the axisymmetric body(Top is experimental res-ults 21,bottom is numerical calculation results)2 通气条件下带栅格翼水下航行体运动稳定性影响因素分析为分析通气和栅格翼对航行体运动稳定性的耦合作用规律，先研究通气和安装栅格翼分别对航行体的作用方式，然后分析不同通气率下带栅格翼航行体偏转角变化规律的原因.采用带栅格翼航行体几何如图 8 所示，栅格翼安装在靠近航行体尾部一侧，距离尾部 0.14 Lh，栅格翼下端面距离航行体表面垂直距离为 0.12 Dh.计算域及边界条件如图 9 所示.计算域为长方体，高度为 5 Lh，上下表面为正方形，边长为 15 Dh.航行体和栅格翼表面均采用无滑移的固壁条件，通气缝采用质量流量出口，计算域四周均为压力出口.0.14LhDh0.12DhLh图 8 栅格翼与航行体组合位置示意图Fig.8 Sketch of the combined position of the grid wings and the vehicle 自由液面压力出口YXZ通气缝栅格翼15Dh5Lh图 9 计算域和边界条件示意图Fig.9 Sketch of the computational domain with boundary condition 在本章研究过程中，各量纲一的系数计算公式分别为Qv=Qm/UD2h,Eu=PU2,CP=PP0U2,CY=Y Y0L（11）QvEuCPCYQmUPP0P式中：为通气率；为欧拉数；为压力系数；为相对位置系数；为通气质量流率；为初始速度；为水的密度；为初始环境压力；为航行体头部环境压力；为航行体表面压力.Eu=0.38初始时刻，航行体处于全沾湿状态，；航行体存在与 Y 轴正方向顺时针 3的攻角；初速度方向为 Y 轴正方向，在运动过程中，栅格翼与航行体相对位置不变.在非通气工况下，通气缝设置为无滑第 5 期陈泰然等：通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究505移壁面边界；在通气工况下，通气缝为质量流量进口边界，通气时刻为 0.01 s.为了实现航行体高速运动而不至于出现负体积网格，采用重叠网格方法，网格划分如图 10 所示，对栅格翼拓扑区域以及通气缝附近的网格局部加密，无栅格翼航行体工况网格总数为345 万，有栅格翼航行体工况网格总数为 439 万.计算工况如表 2 所示.自由液面加密通气缝加密重叠网格栅格翼特征加密图 10 网格划分及网格加密示意图Fig.10 Sketch of grids delineation and grids encryption 计算工况如下：表 2 工况表Tab.2 Condition table编号工况1Qv=0无栅格翼、2Qv=3.3104无栅格翼、3Qv=6.7104无栅格翼、4Qv=1103无栅格翼、5Qv=1.3103无栅格翼、6Qv=1.7103无栅格翼、7Qv=0有栅格翼、8Qv=3.3104有栅格翼、9Qv=6.7104有栅格翼、10Qv=1103有栅格翼、11Qv=1.3103有栅格翼、12Qv=1.7103有栅格翼、2.1 通气与加装栅格翼对航行体运动稳定性影响规律本节探究航行体有无栅格翼和是否通气对运动稳定性的影响，针对工况 1、2、7 展开分析.图 11 给出航行体绕 Z 轴的偏转角曲线，可以看出航行体运动到近水面相同高度，通气航行体绕 Z 轴偏转角减少约 15；航行体加装栅格翼后，绕 Z 轴偏转角减少约 51.综上所述，通气和安装栅格翼对航行体水下运动阶段的稳定性有较好的改善效果，且栅格翼的改善作用更为明显.00.020.040.060.080.100.120.140.40.30.20.100.1Oz/()t/s有栅格翼Qv=0无栅格翼Qv=0无栅格翼Qv=3.3104图 11 航行体绕 Z 轴偏转角度曲线Fig.11 Curve of the deflection angle of the vehicle around the Z-axis 2.1.1 通气对水下航行体运动稳定性的影响通气改变航行体附近的流场，图 12 和 13 给出通气工况航行体周围气体体积分数云图和表面的压力系数分布曲线.为消除环境压力带来的影响，纵坐标使用压力系数 CP，横坐标使用相对位置系数 CY.空泡内压力系数几乎一致，通过不同时刻的航行体表面压力系数曲线可以看出空泡的发展状态.由两图可知，航行体头部受到冲击产生滞止高压，航行体迎流面肩部在 t=t0时刻存在低压区，t=t0+0.03 s 迎流面肩部被通气空泡覆盖，低压区消失.空泡在航行体表面覆盖区域形成稳定的低压区，迎流面由于水流的冲击作用空泡发展较慢，但发展较为稳定，低压区范围不断扩大，在空泡的闭合位置出现回射高压；背流面空泡虽发展较快，但在 t=t0+0.06 s 至 t=t0+0.09 s 时刻空泡开始脱落，附着在航行体上的空泡长度几乎不再增长，低压区范围扩大较小，呈现非均匀一致分布.为最终得到通气下航行体偏转角度减小的直接原因，图 14 给出无栅格翼航行体迎背流面压力系数差曲线，由于通气空泡未覆盖到航行体尾部，两种工况尾部压力系数差相同；未通气工况下压力系数差一直存在于肩部附近，距离质心位置较远，产生偏转力矩较大，而通气工况压力系数差随着空泡发展从肩部到身部移动，距离质心距离越来越小，力臂变短，幅值减小，导致偏转力矩减小.506北 京 理 工 大 学 学 报第 44 卷2.1.2 栅格翼对水下航行体运动稳定性的影响为说明栅格翼对航行体的作用机理，图 15 给出了栅格翼附近压力云图，从右下角的截面云图可以看出在栅格翼上表面存在滞止高压区，会增加水下阶段的整体阻力；同时由于攻角的存在和栅格翼的非对称性，在图中上下栅格翼翼片及边框 S2一侧形 YX10(a)t=t0(b)t=t0+0.03s(c)t=t0+0.06s(d)t=t0+0.09s气体体积分数图 12 不带栅格翼航行体周围流场气体体积分数云图（Z=0）Fig.12 Cloud view of gas volume fraction in the flow field around the vehicle without grid wings(Z=0)00.20.40.60.81.0CPB(b)背流面压力系数 0.60.40.200.20.40.60.60.40.200.20.40.6CPYCY00.20.40.60.81.0CY(a)迎流面压力系数t=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09st=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09sQv=3.3103图 13 不同时刻航行体表面压力系数（）Qv=3.3103Fig.13 Surface pressure coefficients of the navigational body at different moments()0.80.60.40.200.20.4CPYCPB0.80.60.40.200.20.4CPYCPB(a)Qv=3.3104质心位置质心位置(b)Qv=3.310400.20.40.60.81.0CY00.20.40.60.81.0CYt=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09st=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09s图 14 无栅格翼航行体迎背流面压力系数差Fig.14 Difference in pressure coefficients between the front and back flow surfaces of the vehicle without grid wings第 5 期陈泰然等：通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究507成低压区，使得栅格翼受到由 S1指向 S2即 X 轴正向的力，并且栅格翼位于航行体质心位置以下，此力对航行体产生绕 Z 轴逆时针方向的力矩，是减小偏转角的回正力矩.压力/Pa3.51031.3103压力/Pa3.51031.3103压力/Pa3.51031.3103压力/Pa3.51031.3103压力/Pa61030压力/Pa61030压力/Pa61030压力/Pa61030(d)截面(c)截面(b)截面(a)截面(a)t=t0(b)t=t0+0.03sXS2S1(c)t=t0+0.06s(d)t=t0+0.09s图 15 栅格翼附近流场压力分布Fig.15 Pressure distribution in the flow field near the grid wings 2.2 通气率对带栅格翼航行体运动稳定性的影响规律本节探究通气率对带栅格翼航行体水下运动过程流场演化特性的影响，针对工况 812 展开分析，随着通气率的增加，如图 16 所示，航行体运动到近Qv=6.7104水面同一位置的偏转角度减小，当通气率以上时，带栅格翼航行体在行程后段出现了与偏转角方向相反的回正角速度.Qv=1103Qv=1.7103为分析栅格翼与通气耦合作用规律，图 17 给出了工况 4、6、10 和 12 的偏转力矩曲线，0.01s 时刻的力矩突然变化是由于开始通气.从图中可以看出，工况下，有无栅格翼的偏转力矩不同，在工况下，在 0.11 s 后二者力矩基本重合.从图 18 可以看出空泡在运动末段包裹住栅格翼，栅格翼周围形成稳定的低压区，两侧压力差消失，栅格翼失效，因此带栅格翼和不带栅格翼航行体在 0.11 s后力矩曲线基本重合.为了探究通气空泡长度与质心相对位置不同以及栅格翼作用规律，图 19 中给出航行体在空泡发展不同阶段受力图，其中 F1和 F1是不同空泡发展形态下迎背流面压差对航行体产生的力，L1和 L1是此力作用于航行体质心的力臂长度，M1和 M1是此力产生的力矩；F2和 F2是绕流栅格翼产生的力，L2和 L2是 00.020.040.060.080.100.120.140.150.120.090.060.0300.03Oz/()t/sQv=3.3104Qv=6.7104Qv=1103Qv=1.3103Qv=1.7103图 16 不同通气率下带栅格翼航行体偏转角度曲线Fig.16 Deflection angle curves of vehicle with grid wings at different vent-ilation rates508北 京 理 工 大 学 学 报第 44 卷此力作用于航行体质心的力臂长度，M2和 M2是此力产生的力矩.Qv=3.3104Qv=1103Qv=1.7103图 20 为迎背流面两侧的压力系数差曲线，当时，压力系数差波峰向质心位置移动，偏转力矩减小；当时，压力系数差波峰在 t=t0+0.06 s 时刻已经移动至质心位置以下，产生了使偏转角减小的回正力矩；当时，压力系数差波峰在 t=t0+0.03 s 时刻更早地位于质心以下，因此回正力矩产生时刻更早，偏转角进一步减小.综上所述，对带栅格翼水下航行体通气应适当增大通气率，这 00.020.040.060.080.100.120.14无栅格翼有栅格翼0.060.0300.030.060.09Mz/(Nm)0.060.0300.030.060.09Mz/(Nm)t/s00.020.040.060.080.100.120.14t/s无栅格翼有栅格翼(a)Qv=1103(b)Qv=1.7103图 17 不同通气率下有无栅格翼航行体力矩对比曲线Fig.17 Comparison curves of vehicle moments with and without grid wings at different ventilation rates 3.51031.3103气体体积分数10(b)压力云图(a)压力云图压力/PaQv=1.7103,t=t0+0.09 s图 18 栅格翼附近流场云图（）Qv=1.7103,t=t0+0.09 sFig.18 Cloud views in the flow field around the grid wings()(a)迎背流面压差波峰位于质心以上(b)迎背流面压差波峰位于质心以下L1L1M1质心L2M2F2F1L1M1质心L2M2F2图 19 带栅格翼航行体受力示意图Fig.19 Sketch of stresses on vehicle with grid wings(a)Qv=3.310400.20.40.60.81.0CY(b)Qv=110300.20.40.60.81.0CY(c)Qv=1.710300.20.40.60.81.0CY质心位置t=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09s质心位置t=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09s质心位置t=t0t=t0+0.03st=t0+0.06st=t0+0.09s0.80.60.40.200.20.4CPYCPB0.80.60.40.200.20.4CPYCPB0.80.60.40.200.20.4CPYCPB图 20 不同通气率下带栅格翼航行体迎背流面压力系数差Fig.20 Difference in pressure coefficients between the front and back flow surfaces of the vehicle with grid wings at different ventilation rates.第 5 期陈泰然等：通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究509有利于其运动稳定性，但要避免通气率过大在航行中包裹栅格翼.3 结论文中对带栅格翼航行体水下运动过程开展了仿真研究，通过试验观测数据验证了计算方法的准确性.详细分析了通气航行体和带栅格翼航行体流场的演化特性以及不同通气率下空泡形态演化过程对带栅格翼航行体偏转角的影响规律，获得如下结论：通气和安装栅格翼可以降低航行体水下运动时的偏转角，有利于其运动稳定性，其中安装栅格翼的稳定作用优于通气.在通气条件下，空泡在航行体迎流面发展形态稳定，背流面易出现脱落现象，航行体表面附着的通气空泡改善了航行体表面的压力分布，使得航行体迎背流面使航行体受到的偏转力矩减小；在安装栅格翼条件下，流体绕流过栅格翼在其两侧形成压差，且栅格翼位于质心位置以下，产生回转力矩.Qv=1.7103对带栅格翼航行体采用不同通气率进行通气，通气率越大，形成的空泡包裹航行体的表面范围越大，在二者耦合作用下，航行体偏转角减小；当通气空泡长度发展到航行体质心位置以下时，会产生与偏转角方向相反的回正力矩，航行体开始出现反向偏转角；当通气率时，在运动后期空泡会包裹住栅格翼，这样会导致栅格翼两侧压力差消失，产生的回正力矩也会消失，所以应避免通气空泡包裹栅格翼.参考文献：PENG Ke,HU Fan,ZHANG Weihua,et al.Review ofaerodynamic characteristics and application of grid finJ.Journal of Solid Rocket Technology,2015,38(4):458 64,71.1 鲍文春,权晓波,李岩,等.水下应用栅格翼动态展开参数预示方法 J.国防科技大学学报,2017,39(3):52 57.BAO Wenchun,QUAN Xiaobo,LI Yan,et al.Parametersprediction method of underwater grid fins during theprocedure of dynamic expansionJ.Journal of NationalUniversity of Defense Technology,2017,39(3):52 57.(inChinese)2 苏太昌.折叠栅格翼水下展开过程研究 D.南京:南京航空航天大学,2021.SU Taichang.Research on Underwater Deployment Processof Folded Grid FinD.Nanjing:Nanjing University ofAeronautics and Astronautics,2021.(in Chinese)3 王学占,王立强.基于结构重叠网格的栅格翼导弹流场数值 4 仿真 J.航空兵器,2012(1):44 47.WANG Xuezhan,WANG Liqiang.Numerical Simulation ofMissile with Grid Fins in Supersonic Flow Based on theOverlapping Structured GridsJ.Aero Weaponry,2012(1):44 47.(in Chinese)陈玮琪,夏艳艳,王宝寿,等.栅格翼空化干扰水动力建模研究 J.应用数学和力学,2016,37(2):219 226.CHEN Weiqi,XIA Yanyan,WANG Baoshou,et al.Modelingof Hydrodynamics for Grid Fins With CavitatingInterferenceJ.Applied Mathematics and Mechanics,2016,37(2):219 226.(in Chinese)5 夏艳艳,陈玮琪,王宝寿.一种新型水下栅格翼的空泡水动力试验 J.鱼雷技术,2014,22(5):321 324,328.XIA Yanyan,CHEN Weiqi,WANG Baoshou.CavitationHydrodynamic Test for a New Grid Fin in Water TunnelJ.Torpedo Technology,2014,22(5):321 324,328.(in Chinese)6 鲍文春,尤天庆,徐东强,等.栅格翼水下空化特性数值仿真研究 J.水动力学研究与进展(A),2023,38(2):232 238.BAO Wenchun,YOU Tianqing,XU Dongqiang,et al.Numerical research on underwater cavitation characteristics ofgrid finsJ.Journal of Hydrodynamics(A 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