本文關(guān)鍵詞：尾型對(duì)超空化航行器水動(dòng)力特性的影響研究

  更多相關(guān)文章： 超空泡 尾裙 流體動(dòng)力特性 數(shù)值仿真 空化試驗(yàn)

【摘要】：超空泡航行器是一種具有全新流體動(dòng)力模式的水下航行器,它在航行過(guò)程中,除頭部沾濕外,整體幾乎被超空泡包裹,航行阻力可以降低1~2個(gè)量級(jí),是未來(lái)高航速水中兵器重要的發(fā)展方向之一。由于超空泡航行器附體超空泡的存在,其流體動(dòng)力特性與布局模式發(fā)生了巨大的改變,頭部空化器與航行器尾部沾濕面成為航行器運(yùn)動(dòng)控制力的主要來(lái)源。眾多學(xué)者開(kāi)展了超空泡航行器頭部空化器的水動(dòng)力特性研究。但是注意到航行器尾段沾濕控制力也是超空泡航行器實(shí)現(xiàn)力系平衡與運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的重要保證,同時(shí)由于尾段空泡流的閉合與潰滅影響,尾控制面的有效設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)超空泡航行器流體動(dòng)力設(shè)計(jì)的重要因素。本文選題來(lái)源于基金科研課題,旨在研究在超空泡航行器尾部設(shè)計(jì)擴(kuò)張裙用以替代傳統(tǒng)的尾舵控制面,討論其對(duì)超空泡航行器空泡流型的影響規(guī)律,航行器尾部的流體動(dòng)力特性以及與頭部空化器流控制力的貢獻(xiàn)比較,為該尾部外形的超空泡航行器流體動(dòng)力布局設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)支撐。本文主要的研究工作與研究結(jié)論有:(1)開(kāi)展了典型三角形尾控制面的超空化流體動(dòng)力特性水洞試驗(yàn)研究(第二章);獲得了尾控制面穿刺空泡流型特點(diǎn)及流體動(dòng)力特性,發(fā)現(xiàn)由于空泡尾部閉合及泄氣的影響,保持穩(wěn)定的尾控制面穿刺形態(tài)及控制力存在一定困難。(2)開(kāi)展了航行器尾部設(shè)計(jì)擴(kuò)張尾裙后的超空化條件下的流體動(dòng)力數(shù)值模擬研究(第三章);基于多相流自然空化CFD方法,計(jì)算了典型擴(kuò)張尾裙航行器模型的超空化流體動(dòng)力特性。計(jì)算表明,航行器攻角是引起尾部空泡形態(tài)及沾濕控制力發(fā)生改變的最重要影響因素:在1°攻角范圍內(nèi),航行器軸向力、法向力和俯仰力矩都線性增大;過(guò)了1°后,由于前錐段的沾濕引起尾部沾濕面積的減小,導(dǎo)致軸向力、法向力的“失速”效應(yīng);在1.5~3°之間,由于前后沾濕面的同步增大,力矩相互抵消,總力矩基本維持不變。(3)開(kāi)展了系列尾擴(kuò)張裙外形的超空化流體動(dòng)力特性水洞試驗(yàn)研究。(第四章)研制了水洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?搭建了通氣與測(cè)試平臺(tái)。運(yùn)用人工通氣方法,研究了尾裙通氣空化特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,擴(kuò)張裙段的阻力系數(shù)、升力系數(shù)位置導(dǎo)數(shù)及俯仰力矩系數(shù)位置導(dǎo)數(shù)(絕對(duì)值)都隨著擴(kuò)張半角(擴(kuò)張裙底徑)的增大而增大。與數(shù)值計(jì)算結(jié)果比對(duì)吻和良好。本文的研究結(jié)果,對(duì)進(jìn)一步深入開(kāi)展頭部空化器、尾裙控制面與推力矢量配合的流體動(dòng)力布局設(shè)計(jì)提供了有力的支撐。
【關(guān)鍵詞】：超空泡 尾裙 流體動(dòng)力特性 數(shù)值仿真 空化試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U661.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究來(lái)源和意義10-12
• 1.1.1 課題研究來(lái)源10
• 1.1.2 研究背景和研究意義10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況12-16
• 1.2.1 國(guó)外進(jìn)展12-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)狀況14-16
• 1.3 本論文研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 超空泡航行器流體動(dòng)力設(shè)計(jì)方法18-30
• 2.1 空化與超空化流18-20
• 2.1.1 空化的基本定義與發(fā)展過(guò)程18-19
• 2.1.2 空化流相似參數(shù)19-20
• 2.2 超空化流動(dòng)控制20-23
• 2.2.1 通氣超空泡的生成機(jī)理20-21
• 2.2.2 超空泡的形態(tài)和尺度控制21-23
• 2.3 超空泡航行器流體動(dòng)力設(shè)計(jì)23-29
• 2.3.1 超空泡航行器的運(yùn)動(dòng)模式23-25
• 2.3.2 超空泡航行器流體動(dòng)力布局研究25-26
• 2.3.3 超空化條件下尾操縱面空泡形態(tài)及力學(xué)特性分析26-27
• 2.3.4 超空泡航行體尾拍力的計(jì)算方法27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 超空泡航行器尾部流體動(dòng)力特性的數(shù)值模擬30-41
• 3.1 控制方程和數(shù)學(xué)建模30-34
• 3.1.1 控制方程30
• 3.1.2 湍流模型和壁面函數(shù)30-31
• 3.1.3 空化模型31-33
• 3.1.4 數(shù)值方法及計(jì)算條件33-34
• 3.2 網(wǎng)格劃分處理34-35
• 3.3 數(shù)值仿真結(jié)果與討論35-40
• 3.3.1 空泡形態(tài)35-37
• 3.3.2 尾部水動(dòng)力特性37-38
• 3.3.3 首尾水動(dòng)力特性對(duì)比38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 超空泡航行器的超空化實(shí)驗(yàn)41-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備41-44
• 4.1.1 高速水洞41
• 4.1.2 通氣技術(shù)與通氣系統(tǒng)41-42
• 4.1.3 三分量?jī)?nèi)置天平42-44
• 4.1.4 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成44
• 4.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓潭ㄒ约把b配44-47
• 4.2.1 空化器和尾裙模型44-45
• 4.2.2 模型裝配及固定方式45-47
• 4.3 數(shù)據(jù)處理47-48
• 4.3.1 坐標(biāo)系選擇47
• 4.3.2 流體動(dòng)力參數(shù)選擇47-48
• 4.4 擴(kuò)張裙水動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果48-58
• 4.4.1 試驗(yàn)工況及結(jié)果48-56
• 4.4.2 擴(kuò)張裙流體動(dòng)力特性分析56-58
• 4.4.3 全彈流體動(dòng)力特性討論58
• 4.5 數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果參驗(yàn)58-60
• 4.5.1 空化器水動(dòng)力特性對(duì)比分析58-59
• 4.5.2 尾部水動(dòng)力特性對(duì)比分析59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-63
• 5.1 論文總結(jié)62
• 5.2 未來(lái)研究工作展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明68-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：790978