潛射航行體出水載荷、彈道及姿態(tài)是水下發(fā)射技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù),由于穿越水層過程中存在復(fù)雜因素的干擾,如何確保航行體出水參數(shù)滿足要求,已成為亟待解決的水下發(fā)射技術(shù)難點(diǎn)之一。作為一種特殊的通氣空泡技術(shù),等壓排氣通過形成的覆蓋航行體局部表面的氣體邊界層,可以有效改善航行體出水載荷、彈道及姿態(tài),甚至是各參數(shù)的穩(wěn)健性,該技術(shù)近些年來被提出并受到廣泛關(guān)注。本文以航行體出水問題為研究對象,系統(tǒng)開展等壓排氣改善航行體出水特性及穩(wěn)健性的機(jī)理研究。首先,本文數(shù)值研究等壓排氣氣膜發(fā)展演化機(jī)制,分析排氣氣膜發(fā)展過程中內(nèi)部組成、壓力分布、旋渦結(jié)構(gòu)等參數(shù)的特點(diǎn)及關(guān)系,建立氣膜周向融合前后的流場結(jié)構(gòu)簡圖。結(jié)果表明,等壓排氣是環(huán)境降壓與來流剪切共同作用下的氣腔被動(dòng)泄氣過程,其形成氣膜的發(fā)展源于氣體的不斷注入、水流的恒定推動(dòng)以及環(huán)境的持續(xù)降壓作用。根據(jù)膜內(nèi)組成成分及旋渦結(jié)構(gòu),氣膜主體可劃分為反向旋轉(zhuǎn)渦對作用的氣相區(qū),回射流動(dòng)主導(dǎo)的混合相區(qū),以及膜尾的泄漏流動(dòng)區(qū)。在條帶狀氣束周向融合成層狀氣膜的過程中,膜尾閉合模式由鞍點(diǎn)-雙螺旋結(jié)點(diǎn)模式向再附結(jié)點(diǎn)-雙螺旋結(jié)點(diǎn)模式轉(zhuǎn)化。等壓排氣改善航行體出水特性的機(jī)理在于氣相區(qū)和混合相區(qū)氣膜構(gòu)成... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：176 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

潛射航行體垂直發(fā)射過程示意圖

圖 1-1 潛射航行體垂直發(fā)射過程示意圖 圖 1-2 等壓排氣示意圖Fig.1-1 Schematic of the vertically launching process of anunderwater vehicleFig.1-2 Schematic of thepressure-equalizing exhaust1.2 空泡流問題的研究進(jìn)展等壓排氣是高壓氣腔在環(huán)境降壓驅(qū)動(dòng)、貼體水流剪切作用下，通過排氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行的被動(dòng)泄氣過程，其形成的覆蓋航行體大部分表面的邊界層膜狀空泡，主要?dú)w因于氣體注入、貼體水流剪切以及環(huán)境降壓誘導(dǎo)膨脹等作用。從本質(zhì)上來講，這是空泡流領(lǐng)域中一種特殊的通氣空泡技術(shù)，空泡流的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、影響因素、穩(wěn)定性控制策略、研究方法等方面的研究成果同樣適用于等壓排氣問題，可以為等壓排氣技術(shù)的研究和應(yīng)用提供良好的指導(dǎo)和借鑒，因此，本章有關(guān)等壓排氣技術(shù)的研究進(jìn)展首先從空泡流問題展開。1.2.1 空泡流問題概述空化是指液體介質(zhì)中通過汽化或不可凝氣體注入產(chǎn)生空泡的一種現(xiàn)象，相

逐步得到開展，目前空泡流技術(shù)在水下航行體方面，主要用于解決運(yùn)動(dòng)物體的減阻[22]、降載[23]、調(diào)姿[24]等問題。根據(jù)空泡的形成過程（空化數(shù)逐漸降低），可以將自然空泡分為初生空泡、片狀空泡、云狀空泡以及超空泡[25,26]（如圖 1-3）。而根據(jù)空泡尺寸相對于運(yùn)動(dòng)物體的大小，還可以將通氣空泡分為通氣局部空泡、通氣超空泡[27,28]（如圖1-4）。國外有關(guān)空泡流的研究起步較早，主動(dòng)通氣空泡首次由 Reichardt[29]于 1945 年提出，并通過 Knapp 等[22]等在低速條件下的研究，證實(shí)了通氣形成超空泡的合理性。根據(jù)當(dāng)時(shí)的研究理論，通氣形成空泡的空化數(shù)可以根據(jù)泡內(nèi)壓力進(jìn)行計(jì)算，且相同空化數(shù)下，通氣空化與自然空化有著較為一致的空泡界面及外界液體水動(dòng)力特性。水下超空泡技術(shù)研究最早起于二戰(zhàn)期間德國的水下射彈實(shí)驗(yàn)[30]，前蘇聯(lián)上世紀(jì) 70 年代也開展了相關(guān)研究，并研制成功了速度可達(dá) 100m/s的“暴風(fēng)雪”超空泡魚雷[31]，而對于美國，其超空泡技術(shù)在快速機(jī)載滅雷系統(tǒng)及自適應(yīng)高速水下射彈等方面均得到較好應(yīng)用[32]。近些年來超空泡流動(dòng)的研究正在逐漸增多，并且獲得越來越多國家的重視，有關(guān)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要集中在俄羅斯、德國、美國、中國等國家。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[9]均壓氣體對考慮波浪的航行體水動(dòng)力特性影響機(jī)制研究[D]. 秦勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
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本文編號：3131968