【摘要】：水下航行體的阻力較大,航速較低,采用超空泡技術(shù)可顯著地提高水下航行體的航速。目前國內(nèi)外對前置發(fā)動機(jī)超空泡魚雷的研究甚少,將發(fā)動機(jī)前置可以達(dá)到推進(jìn)減阻一體化的目的。本文采用Mixture多相流模型并耦合“全空化”空泡模型模擬前置發(fā)動機(jī)魚雷的通氣超空泡流場和考慮噴管二次射流的流場,分析不同因素對流場和彈體受力的影響。首先對典型的圓盤空化器通氣超空泡流進(jìn)行模擬以驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)方法的合理性,對比不同湍流模型和壓強(qiáng)-速度耦合方式對通氣超空泡流計(jì)算的精度,最終選擇了RNGk-ε模型和PISO算法,為后續(xù)流場模擬奠定基礎(chǔ)。其次對無噴管二次射流的通氣超空泡魚雷流場進(jìn)行模擬,分析空泡的演變過程、彈體特征位置的空泡厚度變化、以及斜切噴管內(nèi)和彈體表面的壓強(qiáng)、氣體密度、溫度、氣體馬赫數(shù)等參數(shù)的變化,并分析彈體的阻力和推力特性�？紤]了來流速度、彈體頭部通氣總溫、頭部通氣質(zhì)量流量、噴管斜切角和空化器傾角等因素對流場和彈體受力情況的影響。由計(jì)算結(jié)果分析得到:來流速度越大阻力越大;隨著頭部通氣總溫的升高壓差阻力減小,粘性阻力增加,推力略有增加;隨著頭部通氣流量的增加,阻力減小,推力增大,當(dāng)流量達(dá)到某個臨界值后,推力和阻力基本保持不變;斜切噴管存在一個最佳斜切角度,使其產(chǎn)生的對彈體的推力達(dá)到最大值;隨著空化器傾角的增大,升力快速增大,而阻力減小。最后對有噴管二次射流的通氣超空泡流場進(jìn)行模擬,考慮二次射流管管徑、二次射流噴射位置和噴射角度對流場和彈體側(cè)向力及推力的影響。由計(jì)算結(jié)果分析得到:隨二次射流管直徑的增大,側(cè)向控制力增加,軸向推力減小;二次射流噴射位置越靠近噴管上游,側(cè)向力越大,軸向推力越小;隨二次射流噴射角度的增大,側(cè)向力增大,軸向推力減小。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TJ630.1
【圖文】：

1.1 研究背景由于航行體在水下運(yùn)動時所受到的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在空氣中運(yùn)動時所受的阻力，大約為在空氣中飛行時的阻力的 850 倍，所以常規(guī)水下武器的航行速度較低，目前世界上航速最高、重量最大的常規(guī)水下武器是英國的“旗魚”魚雷，其航速最大也只有 36m/s[1]。超空泡技術(shù)通過在航行體表面形成一個包裹航行體的大型氣泡的方式使航行體的航行阻力大幅減小從而提高航行體的速度，此技術(shù)可使水下航行體阻力減小約 90%[2]。俄羅斯的“暴風(fēng)”超空泡魚雷和美國的超空泡射彈是超空泡技術(shù)的典型應(yīng)用（如圖 1.1 所示），“暴風(fēng)”超空泡魚雷采用人工通氣的方式在航速較低的情況下獲得超空泡以提高速度，超空泡射彈則是憑借極高的入水速度生成自然超空泡以增大射程。第一代“暴風(fēng)”魚雷航速已達(dá) 100m/s，正在研制中的第二代“暴風(fēng)”魚雷航速將達(dá)到 200m/s[3]；超空泡射彈的速度高達(dá) 1000m/s，甚至 1500m/s[3][4]。超空泡技術(shù)具有如此大的優(yōu)勢，在水下兵器上的應(yīng)用是革命性的，倍受世界各軍事強(qiáng)國的重視。超空泡技術(shù)及其應(yīng)用的研究對國防實(shí)力的提高具有重要意義。

第 2 章 超空泡流場計(jì)算的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法更新的壓強(qiáng)和面質(zhì)量通量一個接一個地求解動量方近獲得的速度場和質(zhì)量流量求解壓強(qiáng)修正方程或連一步獲得的壓強(qiáng)修正校正面質(zhì)量通量、壓強(qiáng)和速度近獲得的變量值求解其它如能量、組分、湍流等標(biāo)否收斂，若收斂，停止循環(huán)，若不收斂則繼續(xù)迭代

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本文編號：2742090