本文關(guān)鍵詞：UUV水下回收非線性流體動(dòng)力干擾及導(dǎo)引過(guò)程操縱性研究

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【摘要】：隨著UUV(Unmanned Underwater Vehicle)回收應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,相應(yīng)的UUV回收技術(shù)也由水面回收方式不斷向水下自主回收方式發(fā)展。UUV水下回收技術(shù)在民用方面可為UUV連續(xù)自主工作提供支持,在軍用方面可為UUV隱蔽作業(yè)提供可能,更是未來(lái)構(gòu)建“海洋空間站”不可或缺的支撐技術(shù)。本文針對(duì)潛艇水下回收UUV技術(shù)中涉及的流體動(dòng)力干擾及動(dòng)力學(xué)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究,主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下:(1)UUV與潛艇流體動(dòng)力數(shù)值計(jì)算研究1)闡述了適用于UUV與潛艇數(shù)值求解的勢(shì)流理論面元法與基于RANS方程的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法;2)給出了適用于回轉(zhuǎn)體型UUV流體動(dòng)力求解的面元法和RANS方法求解策略,研究了Re數(shù)、攻角及側(cè)滑角對(duì)UUV流體動(dòng)力系數(shù)的影響;3)給出了適用于SUBOFF模型求解的面元法和RANS方法求解策略,研究了高Re數(shù)工況下,尺度效應(yīng)對(duì)SUBOFF流場(chǎng)的影響。(2)潛艇繞流對(duì)UUV流體動(dòng)力干擾研究1)給出了克服潛艇與UUV面元尺度差異的局部面元網(wǎng)格加密方法;2)給出了基于分塊思想采用內(nèi)部交界面拼接的計(jì)算域結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法,采用該方法可保證所有工況計(jì)算域網(wǎng)格質(zhì)量在同一水平;3)基于RANS方法與面元法,研究了UUV相對(duì)潛艇位置不同時(shí),潛艇繞流對(duì)UUV流體動(dòng)力系數(shù)的干擾變化規(guī)律;4)研究了Re數(shù)、UUV姿態(tài)角等變量對(duì)潛艇與UUV間流場(chǎng)干擾的影響,得到了相應(yīng)的變化規(guī)律。(3)UUV相對(duì)潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)的流體動(dòng)力干擾研究1)結(jié)合動(dòng)態(tài)層鋪的動(dòng)網(wǎng)格構(gòu)建技術(shù),給出了用于模擬UUV相對(duì)潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)的計(jì)算域結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格構(gòu)建方法;2)采用RANS方法對(duì)UUV縱向平行于潛艇縱軸線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬,得到了UUV流體動(dòng)力系數(shù)隨潛艇相對(duì)位置的變化規(guī)律;3)采用RANS方法對(duì)UUV橫向靠近或遠(yuǎn)離潛艇運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬,得到了UUV流體動(dòng)力系數(shù)隨間距的變化規(guī)律。(4)潛艇對(duì)UUV附加質(zhì)量干擾研究1)給出了考慮有界壁面干擾的UUV附加質(zhì)量的面元法數(shù)學(xué)模型;2)研究了4種面元網(wǎng)格劃分策略對(duì)附加質(zhì)量求解精度的影響,提出了基于橢球體修正的UUV附加質(zhì)量求解方法;3)采用面元法分別研究了考慮平壁面與圓柱壁面影響時(shí)的UUV附加質(zhì)量隨壁面間距的變化規(guī)律。(5)潛艇繞流對(duì)UUV操縱性干擾研究1)采用牛頓—?dú)W拉法與雙歐法建立了適用于UUV全姿態(tài)角求解的空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型;2)推導(dǎo)了考慮流體動(dòng)力干擾的UUV縱向運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)方程,研究了潛艇繞流對(duì)UUV縱向運(yùn)動(dòng)參數(shù)的干擾變化規(guī)律;3)推導(dǎo)了考慮流體動(dòng)力干擾的UUV側(cè)向—橫滾運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)方程,研究了潛艇繞流對(duì)UUV側(cè)向運(yùn)動(dòng)參數(shù)的干擾變化規(guī)律。(6)UUV水下回收導(dǎo)引彈道研究1)分析研究了古典導(dǎo)引法中的尾追法、固定提前角法、平行接近法與比例導(dǎo)引法應(yīng)用于UUV回收導(dǎo)引的可行性,提出了適用于UUV回收導(dǎo)引的固定提前角法導(dǎo)引策略,及末端基于固定提前角法的組合導(dǎo)引策略。2)分析研究了采用固定提前角法導(dǎo)引回收時(shí)的初始陣位限定條件;3)通過(guò)彈道仿真驗(yàn)證了本文所提出的UUV回收導(dǎo)引策略的可行性。
【關(guān)鍵詞】：UUV水下回收 流體動(dòng)力干擾 附加質(zhì)量 操縱性 導(dǎo)引方法
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U674.941
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 選題背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 UUV回收技術(shù)13-17
• 1.2.2 水下雙體干擾17-20
• 1.2.3 UUV操縱性20-21
• 1.3 本文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排21-24
• 2 UUV與潛艇流體動(dòng)力數(shù)值計(jì)算研究24-50
• 2.1 引言24
• 2.2 勢(shì)流理論基礎(chǔ)24-27
• 2.2.1 數(shù)學(xué)模型24-25
• 2.2.2 面元法25-27
• 2.3 CFD理論基礎(chǔ)27-33
• 2.3.1 RANS控制方程28
• 2.3.2 湍流模型28-30
• 2.3.3 壁面函數(shù)30-32
• 2.3.4 數(shù)值方法32-33
• 2.4 UUV流體動(dòng)力計(jì)算33-43
• 2.4.1 計(jì)算模型與網(wǎng)格劃分33-36
• 2.4.2 面元法計(jì)算校驗(yàn)36-38
• 2.4.3 RANS方法計(jì)算校驗(yàn)38-39
• 2.4.4 攻角與側(cè)滑角對(duì)UUV流體動(dòng)力系數(shù)影響39-42
• 2.4.5 Re數(shù)對(duì)UUV流體動(dòng)力系數(shù)變化規(guī)律影響42-43
• 2.5 SUBOFF流體動(dòng)力計(jì)算43-49
• 2.5.1 計(jì)算模型與網(wǎng)格劃分43-45
• 2.5.2 面元法計(jì)算校驗(yàn)45-46
• 2.5.3 RANS方法計(jì)算校驗(yàn)46-48
• 2.5.4 潛艇模型尺度的影響48-49
• 2.6 本章小結(jié)49-50
• 3 潛艇繞流對(duì)UUV流體動(dòng)力干擾研究50-74
• 3.1 引言50
• 3.2 計(jì)算模型建立及網(wǎng)格劃分50-54
• 3.2.1 計(jì)算工況記法50-51
• 3.2.2 面元法網(wǎng)格劃分51-53
• 3.2.3 CFD網(wǎng)格劃分53-54
• 3.3 相對(duì)位置不同時(shí)潛艇繞流對(duì)UUV流體動(dòng)力干擾54-66
• 3.3.1 計(jì)算工況說(shuō)明54
• 3.3.2 光體模型流體動(dòng)力干擾計(jì)算結(jié)果與分析54-59
• 3.3.3 全附體模型流體動(dòng)力干擾計(jì)算結(jié)果與分析59-64
• 3.3.4 光體與全附體模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析64-66
• 3.4 RE數(shù)、姿態(tài)角不同時(shí)潛艇繞流對(duì)UUV流體動(dòng)力干擾66-73
• 3.4.1 計(jì)算工況說(shuō)明66-67
• 3.4.2 Re數(shù)不同時(shí)，潛艇繞流對(duì)UUV流體動(dòng)力影響67-70
• 3.4.3 潛艇繞流對(duì)不同俯仰角UUV模型流體動(dòng)力影響70-71
• 3.4.4 潛艇繞流對(duì)不同偏航角UUV模型流體動(dòng)力影響71-73
• 3.5 本章小結(jié)73-74
• 4 UUV相對(duì)潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)的流體動(dòng)力干擾研究74-98
• 4.1 引言74
• 4.2 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)74-75
• 4.2.1 動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算模型74
• 4.2.2 動(dòng)網(wǎng)格更新方法74-75
• 4.3 UUV平行于潛艇縱軸線運(yùn)動(dòng)仿真研究75-85
• 4.3.1 網(wǎng)格構(gòu)建75-76
• 4.3.2 時(shí)間步長(zhǎng)無(wú)關(guān)性分析76-78
• 4.3.3 相對(duì)速度不同對(duì)流體動(dòng)力影響78-81
• 4.3.4 間距不同對(duì)流體動(dòng)力影響81-85
• 4.4 UUV沿垂直于潛艇縱軸線運(yùn)動(dòng)仿真研究85-96
• 4.4.1 網(wǎng)格構(gòu)建85-86
• 4.4.2 時(shí)間步長(zhǎng)無(wú)關(guān)性分析86-88
• 4.4.3 相對(duì)速度不同對(duì)流體動(dòng)力影響88-91
• 4.4.4 UUV橫向靠近潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)其流體動(dòng)力變化91-93
• 4.4.5 UUV橫向遠(yuǎn)離潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)其流體動(dòng)力變化93-96
• 4.5 本章小結(jié)96-98
• 5 潛艇對(duì)UUV附加質(zhì)量干擾研究98-114
• 5.1 引言98
• 5.2 面元法求解附加質(zhì)量98-101
• 5.2.1 附加質(zhì)量導(dǎo)出98-100
• 5.2.2 附加質(zhì)量基本性質(zhì)100-101
• 5.2.3 數(shù)值方法101
• 5.3 無(wú)界流域中UUV附加質(zhì)量計(jì)算101-106
• 5.3.1 單個(gè)球和橢球體附加質(zhì)量計(jì)算101-104
• 5.3.2 UUV-1 附加質(zhì)量計(jì)算104-106
• 5.4 有界流域?qū)UV附加質(zhì)量的干擾106-112
• 5.4.1 平壁面對(duì)球體附加質(zhì)量的干擾106-108
• 5.4.2 平壁面對(duì)UUV-1 附加質(zhì)量的干擾108-110
• 5.4.3 圓柱壁面對(duì)UUV-1 附加質(zhì)量的干擾110-112
• 5.5 本章小結(jié)112-114
• 6 潛艇繞流對(duì)UUV操縱性干擾研究114-142
• 6.1 引言114
• 6.2 UUV空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型114-123
• 6.2.1 坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)換矩陣114-116
• 6.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程116-118
• 6.2.3 動(dòng)力學(xué)方程118-120
• 6.2.4 受力分析120-123
• 6.3 流體動(dòng)力干擾下UUV縱向操縱性分析123-130
• 6.3.1 定常水平直線運(yùn)動(dòng)123-124
• 6.3.2 縱向擾動(dòng)方程導(dǎo)出124-127
• 6.3.3 傳遞函數(shù)與階躍響應(yīng)127-128
• 6.3.4 潛艇繞流對(duì)UUV縱向操縱性干擾128-130
• 6.4 流體動(dòng)力干擾下UUV側(cè)向-橫滾操縱性分析130-140
• 6.4.1 定常運(yùn)動(dòng)131-132
• 6.4.2 側(cè)向-橫滾擾動(dòng)方程導(dǎo)出132-135
• 6.4.3 潛艇繞流對(duì)UUV側(cè)向-橫滾操縱性干擾135-140
• 6.5 本章小結(jié)140-142
• 7 UUV水下回收導(dǎo)引彈道研究142-162
• 7.1 引言142
• 7.2 自導(dǎo)導(dǎo)引方法研究142-149
• 7.2.1 尾追法143-145
• 7.2.2 固定提前角法145-148
• 7.2.3 平行接近法148
• 7.2.4 比例導(dǎo)引法148-149
• 7.3 回收導(dǎo)引彈道規(guī)劃與仿真研究149-160
• 7.3.1 導(dǎo)引策略分析149-151
• 7.3.2 初始陣位分析151-152
• 7.3.3 回收導(dǎo)引仿真的實(shí)現(xiàn)152-153
• 7.3.4 單一導(dǎo)引法回收彈道仿真153-157
• 7.3.5 組合導(dǎo)引法回收彈道仿真157-160
• 7.4 本章小結(jié)160-162
• 8 總結(jié)與展望162-164
• 8.1 全文總結(jié)162-163
• 8.2 展望163-164
• 參考文獻(xiàn)164-172
• 附錄172-178
• A雙體流體動(dòng)力干擾分布源程序清單172-174
• B有界壁面影響附加質(zhì)量求解程序清單174-178
• 致謝178-180
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況180-182

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本文編號(hào)：626833