本文關(guān)鍵詞：近自由表面地效翼及水翼升力理論研究

  更多相關(guān)文章： 地效翼 水翼 自由表面 格林函數(shù) Prandt1升力理論

【摘要】：掠海地效翼船和水翼支撐的船舶都屬于新型高速船舶,其航速遠高于普通的艦船,而且具有很好的抗風浪性能,因此無論從軍事方面還是從民用方面都有很大的實用價值。地效翼和水翼是為地效翼船和水翼支撐高速船提供升力的主要構(gòu)件,因此準確預(yù)報近自由表面地效翼及水翼升力性能是研究地效翼船和水翼支撐高速船流體動力學(xué)性能的基礎(chǔ),而且對初步設(shè)計具有很強的指導(dǎo)意義。本博士論文在勢流理論的框架內(nèi),研究了二維及三維近自由表面地效翼和水翼的升力問題。并將經(jīng)典的Prandtl升力線理論和渦格法推廣到近自由表面升力問題。為了模擬自由表面的作用,這里采用了滿足線性自由表面邊界條件以及遠方輻射條件的自由表面格林函數(shù)來作為控制方程的基本解。本文的數(shù)值計算結(jié)果通過文獻中給出的理論解,數(shù)值解或者是試驗結(jié)果進行了驗證。首先,研究了二維和三維近自由表面定常地效翼的升力特性。在近自由表面地效翼升力問題中,空氣和水均發(fā)生了擾動。由此,推導(dǎo)這類問題的自由表面邊界條件,并進行了線性化處理。然后,采用渦分布法研究了自由表面上方定常運動二維地效翼的升力問題；在二維升力問題的基礎(chǔ)上,利用Prandtl升力線理論研究了三維地效翼升力的特性。對于形狀復(fù)雜的地效翼,包括復(fù)翼、帶有反角的地效翼以及串列翼,這里發(fā)展了計算三維復(fù)雜形狀地效翼升力的渦格法。研究發(fā)現(xiàn),當飛行速度很高時,自由表面無波,只有近場擾動；而且高速時近自由表面地效翼升力略低于近固壁的升力；下反角和端板有利于提高地效翼的升力性能。由于表面波浪的傳播,在波浪上方運動地效翼的飛行過程是非定常的。這里采用二維離散渦方法結(jié)合二維奇點在自由表面上方任意軌跡運動的時域格林函數(shù)來研究波浪上方運動二維地效翼的非定常升力問題,并考慮了尾渦的非定常演化過程。接著二維升力問題,這里利用三維非定常渦格法結(jié)合自由表面上方運動的三維奇點的時域格林函數(shù)研究了三維地效翼在波浪上方運動的升力問題。研究發(fā)現(xiàn),在地效翼飛行至波浪的凸起部分時,升力系數(shù)隨時間增加,并在波節(jié)處(波傾角負向最大時)達到最大值；而斜浪和橫浪會導(dǎo)致地效翼壓力中心的橫向振蕩。最后,研究了二維和三維考慮粘性和表面張力作用的定常移動奇點的格林函數(shù),并對此格林函數(shù)的色散關(guān)系和色散線進行了漸進分析。以此為基礎(chǔ),發(fā)展了近自由表面馬蹄渦格林函數(shù)。以這兩類格林函數(shù)作為基本解,分別利用渦分布法研究了二維定常移動水翼的水動力性能,將經(jīng)典的Prandtl升力線理論和渦格法推廣到三維近自由表面水翼升力的計算。并介紹了基于邊界元方法和考慮粘性和表面張力的格林函數(shù)的三維水翼水動力性能計算方法。通過研究發(fā)現(xiàn),由于表面張力的作用,上游總是存在表面張力波；除已發(fā)現(xiàn)的航速臨界值0.232m/s外,發(fā)現(xiàn)存在另外一個航速的臨界值0.450m/s,當航速介于兩個臨界值之間時,不存在短波。水翼的厚度效應(yīng)會對水翼的升力產(chǎn)生一定影響。另外,對于串列水翼,在艏翼興波的作用下,艉翼的升力隨Froude數(shù)劇烈振蕩。
【關(guān)鍵詞】：地效翼 水翼 自由表面 格林函數(shù) Prandt1升力理論
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U661.1;U674.942
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-22
• 主要符號表22-24
• 1 緒論24-34
• 1.1 研究背景與意義24-27
• 1.1.1 近自由表面地效翼的背景及意義24-25
• 1.1.2 水翼的背景及意義25-26
• 1.1.3 自由表面格林函數(shù)的背景及意義26-27
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)工作研究進展27-30
• 1.2.1 定常地效翼升力理論的研究進展27-28
• 1.2.2 非定常地效翼升力理論的研究進展28-29
• 1.2.3 水翼升力理論的研究進展29-30
• 1.3 本文主要研究思路30-34
• 第一部分：近自由表面定常地效翼升力理論34-98
• 2 二維近自由表面地效翼升力理論36-59
• 2.1 引言36
• 2.2 控制方程及邊界條件36-38
• 2.2.1 控制方程36
• 2.2.2 動力學(xué)自由表面邊界條件36-37
• 2.2.3 運動學(xué)自由表面邊界條件37-38
• 2.3 自由表面條件的線性化38-40
• 2.3.1 自由表面條件線性化的依據(jù)38-39
• 2.3.2 自由表面邊界條件的線性化處理39-40
• 2.4 自由表面上方定常移動二維奇點的格林函數(shù)40-42
• 2.5 高速條件下自由表面上速度分布42-44
• 2.5.1 水平速度分布43
• 2.5.2 垂向速度分布43-44
• 2.6 近固壁及自由表面定常運動點渦的升力計算44-48
• 2.7 維地效翼升力簡化計算方法48-50
• 2.8 維近水面地效翼升力理論50-51
• 2.9 結(jié)果與討論51-58
• 2.9.1 無限流體中機翼的升力51-53
• 2.9.2 靠近自由表面單個地效翼的升力性能53-56
• 2.9.3 靠近自由表面復(fù)合地效翼的升力性能56-58
• 2.10 本章小結(jié)58-59
• 3 近自由表面地效翼升力線理論59-77
• 3.1 引言59
• 3.2 Prandtl升力線理論的回顧59-62
• 3.3 自由表面上方定常移動馬蹄渦系誘導(dǎo)的速度勢62-64
• 3.4 利用升力線理論計算地效翼升力64-66
• 3.5 結(jié)果與討論66-76
• 3.5.1 三維地效翼升力性能66-69
• 3.5.2 無限空間內(nèi)復(fù)翼的升力特性69-71
• 3.5.3 近自由表面復(fù)翼的升力特性71-76
• 3.6 本章小結(jié)76-77
• 4 三維定常地效翼渦格法77-98
• 4.1 引言77-78
• 4.2 渦格法基本思想78
• 4.3 單根馬蹄渦線在自由表面上方定常移動的格林函數(shù)78-83
• 4.4 近自由表面定常運動馬蹄渦升力計算83-87
• 4.5 高速條件下自由表面上速度分布87-88
• 4.6 利用渦格法計算三維定常地效翼升力88-89
• 4.7 結(jié)果與討論89-97
• 4.7.1 平板地效翼的升力性能89-92
• 4.7.2 帶端板地效翼的升力性能92-95
• 4.7.3 有反角地效翼的升力性能95-96
• 4.7.4 串列地效翼的升力性能96-97
• 4.8 本章小結(jié)97-98
• 第二部分：波浪作用下非定常地效翼升力理論98-144
• 5 二維非定常近波浪地效翼離散渦元法100-122
• 5.1 引言100
• 5.2 基本方程100-101
• 5.3 邊界條件101-102
• 5.4 自由表面上方二維非定常運動奇點的格林函數(shù)102-106
• 5.5 規(guī)則波在空氣和水中誘導(dǎo)的速度勢106-107
• 5.6 波浪上方飛行的二維地效翼的升力問題107-110
• 5.7 算法的檢驗110-112
• 5.8 結(jié)果與討論112-121
• 5.9 本章小結(jié)121-122
• 6 三維非定常近波浪地效翼渦格法122-144
• 6.1 引言122
• 6.2 基本方程122
• 6.3 自由表面上方三維非定常運動渦環(huán)的格林函數(shù)122-125
• 6.4 規(guī)則波在空氣和水中誘導(dǎo)的速度勢125-126
• 6.5 三維非定常渦格法126-129
• 6.6 算法的檢驗129-132
• 6.7 結(jié)果與討論132-142
• 6.8 本章小結(jié)142-144
• 第三部分：近自由表面水翼升力理論144-205
• 7 二維近自由表面水翼升力理論146-165
• 7.1 引言146
• 7.2 考慮表面張力的線性自由表面邊界條件146-147
• 7.3 考慮粘性和表面張力聯(lián)合作用的線性自由表面邊界條件147-149
• 7.4 考慮粘性和表面張力的二維定常移動奇點的自由表面格林函數(shù)149-153
• 7.4.1 格林函數(shù)的推導(dǎo)149-150
• 7.4.2 格林函數(shù)的計算150-153
• 7.5 二維定常水翼升力理論153-155
• 7.6 二維定常串列水翼升力理論155-157
• 7.7 結(jié)果與討論157-164
• 7.7.1 二維定常水翼157-162
• 7.7.2 二維定常串列水翼162-164
• 7.8 本章小結(jié)164-165
• 8 考慮粘性和表面張力的定常移動奇點的自由表面格林函數(shù)165-181
• 8.1 引言165
• 8.2 三維格林函數(shù)的推導(dǎo)165-169
• 8.3 三維格林函數(shù)的快速計算169-172
• 8.4 三維格林函數(shù)的色散關(guān)系分析172-176
• 8.5 結(jié)果與討論176-180
• 8.6 本章小結(jié)180-181
• 9 三維近自由表面水翼升力線理論和渦格法181-196
• 9.1 引言181
• 9.2 近自由表面馬蹄渦格林函數(shù)181-187
• 9.3 自由表面對馬蹄渦系的影響187-190
• 9.4 數(shù)值結(jié)果與討論190-195
• 9.4.1 三維定常水翼(升力線理論計算結(jié)果)190-191
• 9.4.2 三維定常串列水翼(升力線理論計算結(jié)果)191-194
• 9.4.3 三維定常水翼(渦格法計算結(jié)果)194-195
• 9.5 本章小結(jié)195-196
• 10 計算三維水翼升力的邊界元理論196-205
• 10.1 引言196
• 10.2 邊界元理論及數(shù)值實現(xiàn)196-199
• 10.3 奇異性的處理199-201
• 10.4 數(shù)值結(jié)果與討論201-204
• 10.5 本章小結(jié)204-205
• 第四部分 結(jié)論與展望205-208
• 結(jié)論205-206
• 創(chuàng)新點206-207
• 展望207-208
• 參考文獻208-216
• 附錄A. 指數(shù)函數(shù)與指數(shù)積分乘積函數(shù)的計算216-219
• A.1. Hess-Smith方法216-217
• A.2. 指數(shù)逼近方法217-219
• 附錄B. 二維時域格林函數(shù)計算方法219-223
• 附錄C. 三維時域格林函數(shù)計算方法223-227
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項目及科研成果227-229
• 致謝229-232
• 作者簡介232

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃勝;任萬龍;王超;;水翼剖面多目標粒子群算法優(yōu)化[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2014年12期

2 姚朝幫;董文才;;開爾文源格林函數(shù)數(shù)值計算方法對比研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報;2015年01期

3 祝美霞;馬寧;顧解忡;;水翼輔助推進船舶波浪中運動和增阻特性研究[J];船舶工程;2014年02期

4 陳淼;何寶;韓端鋒;;基于面元法的三維水翼空泡特性分析(英文)[J];船舶力學(xué);2012年12期

5 程聞;魯傳敬;曹嘉怡;;波浪對水翼非穩(wěn)態(tài)空泡流動特性的影響研究[J];水動力學(xué)研究與進展A輯;2011年06期

6 陳慶任;葉恒奎;楊向暉;王曦;;近自由面三維振動水翼的水動力分析[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年10期

7 Juan Molina;David Angland;;On the unsteady motion and stability of a heaving airfoil in ground effect[J];Acta Mechanica Sinica;2011年02期

8 謝宜;鄭義;;粘性流中的近水面三維水翼水動力特性數(shù)值分析[J];海軍工程大學(xué)學(xué)報;2011年02期

9 陳慶任;葉恒奎;管延敏;;近自由面三維水翼的水動力時域分析(英文)[J];船舶力學(xué);2010年12期

10 應(yīng)成炯;楊椺;楊志剛;;下反前掠地效翼三維數(shù)值模擬[J];計算機輔助工程;2010年03期

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本文編號：1121034