水下航行器是海軍裝備中重要的艦種,水下航行器的隱蔽性以及水下航行能力對水下航行器來說是極其重要的性能,這與其他敵方艦隊(duì)作戰(zhàn)時(shí)具有巨大的威脅性。水下航行器的通氣管桅桿是水下航行器在水下進(jìn)行氣體交換時(shí)的重要結(jié)構(gòu),通氣管桅桿的性能越好,強(qiáng)度越高,水下航行器的隱蔽性以及水下航行能力越好。為保證水下航行器獲得更好的隱蔽性能和水下航行能力,研究通氣管桅桿水動力性能,對水下航行器的發(fā)展具有重要的意義。本文結(jié)合波浪力理論以及Morison公式,對水下航行器的通氣管桅桿在不同工況下所受阻力進(jìn)行測量,并最終校核通氣管桅桿的強(qiáng)度。具體的研究工作如下:第一,研究波浪力理論以及Morison公式,用MATLAB軟件對波浪力以及Morison公式進(jìn)行程序編寫,通過程序計(jì)算通氣管桅桿以0°攻角在水面平靜狀態(tài)、水面波浪狀態(tài)、水下狀態(tài)等工況下所受的阻力值,并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。第二,利用CATIA軟件建造通氣管桅桿縮比模型,并用ICEM軟件對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,最終用Computational Fluid Dynamics軟件計(jì)算通氣管桅桿在水下0°攻角工況下所受的阻力以及在水下狀態(tài)10°攻角工況下所受的阻力、升力,并對... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

1裝有通氣管桅桿的U-XXIII型水下航行器

圖 1.3.2 裝有通氣管桅桿的 U-XXI 型水下航行器針對 Morison 公式的研究，一些國外學(xué)者已經(jīng)做了許多工作。在 1971 年，Hooft JP[1]采用 Morison 公式來計(jì)算半潛式平臺的運(yùn)動和強(qiáng)度，通過計(jì)算結(jié)果來確定平臺在波浪中的行為。在此之后，M.Soylemez[2]針對波浪力的研究開發(fā)了可以準(zhǔn)確預(yù)測波浪中完整或受損平臺的大振幅振蕩和穩(wěn)定運(yùn)動特征的程序。Abbas M Y 等學(xué)者[3]基于 Morison公式在常規(guī)波和不規(guī)則波中對半潛水器的動態(tài)分析進(jìn)行了研究，使用非線性方程，通過系泊系統(tǒng)對動態(tài)行為的貢獻(xiàn)進(jìn)行評估。Sarpkaya T[4]針對計(jì)算結(jié)構(gòu)附近的波浪氣候，并記錄波浪數(shù)據(jù)以及氣象數(shù)據(jù)，以及應(yīng)用相應(yīng)的波浪理論，對結(jié)構(gòu)的波浪載荷進(jìn)行計(jì)算。Rainey R C T[5]對部分浸沒在波浪中的海上結(jié)構(gòu)的勢流波浪載荷進(jìn)行方程推導(dǎo)。Newman J N 等人[6]針對波幅與圓柱半徑具有相同順序的情況下，分析了垂直圓柱體對水波的衍射。Battjes J A[7]對于海浪數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)室風(fēng)浪數(shù)據(jù)，計(jì)算了海上柱體所受載荷。對于 CFD，它早已被用于進(jìn)行水動力計(jì)算。由于船舶 CFD 的應(yīng)用極大地提升了計(jì)

大尺寸結(jié)構(gòu)物上的慣性力；（3）針對波浪繞射時(shí)主要作用于尺寸非常射力。于孤立樁柱等與入射波的波長相比尺度較小的結(jié)構(gòu)物，波浪運(yùn)動對這力大多數(shù)采用由莫里森等人提出的 Morison 公式來計(jì)算[38]。由于 Mor平慣性力和水平拖曳力所組成，因此選擇相應(yīng)的慣性力系數(shù)和拖曳力ison 公式來計(jì)算求解孤立樁柱等與入射波的波長相比尺度較小的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵。Morison 公式的應(yīng)用，要求樁柱直徑 D 與波長 L 之比較小，在 D / L 0. 2時(shí)適用。立圓柱體的波浪力對圓柱直立于海流中所受的波浪力進(jìn)行推導(dǎo)，并對 Morison 方程進(jìn)行

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]半潛式平臺內(nèi)孤立波載荷計(jì)算方法及其試驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 陳晨,尤云祥,陳科.  海洋工程. 2018(04)
[2]海洋內(nèi)孤立波作用下張力腿平臺動力響應(yīng)特性[J]. 馬孟達(dá),尤云祥,張新曙.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2016(02)
[3]半潛平臺內(nèi)孤立波載荷實(shí)驗(yàn)及其理論模型研究[J]. 黃文昊,尤云祥,石強(qiáng),王竟宇,胡天群.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2013(06)
[4]張力腿平臺內(nèi)孤立波載荷及其理論模型[J]. 黃文昊,尤云祥,王竟宇,胡天群.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(10)
[5]圓柱型結(jié)構(gòu)內(nèi)孤立波載荷實(shí)驗(yàn)及其理論模型[J]. 黃文昊,尤云祥,王旭,胡天群.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(05)
[6]內(nèi)孤立波中半潛平臺動力響應(yīng)特性[J]. 尤云祥,李巍,胡天群,曲衍,肖越,范模.  海洋工程. 2012(02)
[7]海洋內(nèi)孤立波中張力腿平臺的水動力特性[J]. 尤云祥,李巍,時(shí)忠民,曲衍,肖越.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(01)
[8]采用Rankine源、RANSFS組合方法求解計(jì)及波影響的船舶粘性繞流問題（英文）[J]. 蔡榮泉,陳義根,沈奇心,陳作鋼.  船舶力學(xué). 2000(03)
[9]Morison方程水動力系數(shù)歸一化的探討[J]. 李玉成.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯）. 1998(03)

博士論文
[1]跨海橋梁下部結(jié)構(gòu)波流力計(jì)算方法研究[D]. 劉浪.西南交通大學(xué) 2017
[2]基于CFD的船舶阻力性能綜合研究[D]. 倪崇本.上海交通大學(xué) 2011

碩士論文
[1]深水鉆井隔水管耦合力學(xué)分析與數(shù)值模擬[D]. 劉珊珊.東北石油大學(xué) 2016



本文編號：3471913