我院蒋运华副教授课题组研究提出一种跨介质入水降载新策略

       入水问题广泛存在于海洋工程、航空航天等领域，如舰船砰击、救生艇入水、飞机水上迫降及航天器回收等。入水初期会伴随复杂的多相耦合流动，结构物所受冲击具有强烈、短暂和不稳定等特性，特别是高速入水会导致结构物仪器仪表失灵、结构损坏及弹道失稳等，这些是海洋工程、航空航天等领域一直未能有效解决的问题。

       近日，我院蒋运华副教授课题组在入水降载基础研究方面取得重要进展。课题组研究提出了一种入水降载策略，即在物体入水前先使用气体射流冲击自由液面（如图1）。射流在入水时会显著改变冲击区域的流场结构，进而影响沾湿面积和自由面边界条件。实验中在不同条件下观察到了四种空泡体系和六种冲击模式（如图2），特别是在射流空泡状态下几乎不存在冲击现象，冲击力最大可减小约90%，而入水速度仅降低约10%。不同空泡体系和冲击模式下的冲击力存在明显增大或减少，课题组通过附加质量与动量守恒理论揭示了其背后的物理机理。该降载策略在高速入水方面具有极大的应用潜力，对大型结构物跨越气、水界面时减少损伤具有重要指导意义。该项研究由国家自然科学基金、广东省自然科学基金、中央高校基本科研业务费及中山大学“百人计划”启动费等资助。

图1：有、无气体射流入水加速度和速度对比

图2：在不同的修正弗汝德数下，气体射流形成的空泡体系和冲击模式

       该研究成果以“Reduction of Water Entry Impact Force by a Gas Jet”为题发表于流体力学权威期刊Physical Review Fluids，第一作者和通讯作者为蒋运华副教授，合作者有我院博士研究生邹志辉、华南理工大学杨乐乐副教授、美国普渡大学西北分校Yun Liu助理教授及新加坡国立大学Mengqi Zhang助理教授（共同通讯）。