超空泡技術(shù)是目前水下減阻最有效的方法之一,其減阻量高達(dá)90%。隨著現(xiàn)代海戰(zhàn)對武器速度及快速機(jī)動能力要求的提高,超空泡減阻技術(shù)將對水下兵器的發(fā)展產(chǎn)生革命性的影響。論文以超空泡航行體為對象,重點(diǎn)研究了可機(jī)動超空泡航行體流體動力外形設(shè)計方法,開展了空化水翼和超空泡航行體流場數(shù)值模擬,研究了超空泡航行體水動力特性變化規(guī)律,主要研究內(nèi)容和成果如下:基于VOF多相流模型,推導(dǎo)了空化流場數(shù)值模擬控制方程組;基于OpenFOAM開源軟件平臺編譯了PANS湍流模型,完成了模型驗(yàn)證。設(shè)計了一種新型組合超空化翼型。設(shè)計翼型由楔形翼尖與矩形翼身組合而成。相對于傳統(tǒng)楔形翼和改進(jìn)楔形翼,設(shè)計翼型空泡脫體點(diǎn)較為穩(wěn)定,大攻角情況下,設(shè)計翼型升阻力有較大提高。基于超空泡基本原理及主要性能指標(biāo)提出了超空泡航行體流動外形設(shè)計方案,完成了空化器、航行體主體外形及控制面外形設(shè)計與布局。應(yīng)用數(shù)值模擬方法對本文設(shè)計超空泡航行體進(jìn)行了全流場數(shù)值模擬。研究了航行體加速段空泡形態(tài)發(fā)展過程及水動力特性。分析了巡航段小攻角機(jī)動對航行體空泡外形及水動力特性的影響,分析了尾部控制面與主空泡相互作用,為超空泡航行體總體設(shè)計提供了理論依據(jù)。論文基于數(shù)值模擬方法對超空泡航行體流體動力外形設(shè)計布局及水動力特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,研究工作可為水下高速超空泡航行體設(shè)計提供一定的技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TJ6
【部分圖文】：

究超空泡流場特性。1960 年開始超空泡魚雷研制工作，經(jīng)過近 20 年潛心研制及秘密試驗(yàn)，1977 年第一代“暴風(fēng)”號（VA-111 Shkval）超空泡魚雷研制成功，其航速高達(dá) 200 Kn，如圖 1.1 所示，其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)如表 1.1 所示。表 1.1 暴風(fēng)魚雷標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)戰(zhàn)技指標(biāo) 數(shù)值 戰(zhàn)技指標(biāo) 數(shù)值魚雷長度 8200 mm 最大直徑 533 mm魚雷全重 2700 kg 巡航速度 90~100 m/s有效射程 7 km 最大航程 11 km航 深 4~400 m 戰(zhàn) 斗 部 210 kg TNT蘇聯(lián)解體后，俄羅斯及烏克蘭兩國繼續(xù)致力于“暴風(fēng)”超空泡魚雷的改進(jìn)工作。1998 年俄羅斯官方曾透露第二代暴風(fēng)魚雷研制成功，該魚雷采用發(fā)動機(jī)推力矢量控制，具有較強(qiáng)的機(jī)動性能，采用發(fā)動機(jī)燃?xì)庵苯右髦令^部實(shí)現(xiàn)人工通氣超空泡，航行速度可達(dá) 400 Kn，最大射程為 100 km。據(jù)報道在 20 世紀(jì) 90 年代的試驗(yàn)中，“暴風(fēng)”超空泡魚雷在 7 千米的航程內(nèi)殺傷概率達(dá)到 80%以上。目前，俄羅斯將“暴風(fēng)”超空泡魚雷至少已裝備在三種攻擊型潛艇上[1]。

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文美國的超空泡武器技術(shù)研究總體上傾向于防御。上個世紀(jì) 80 年代美國開始應(yīng)用超空泡以提高水下射彈速度，并將超空泡射彈作為高技術(shù)演示項(xiàng)目重點(diǎn)發(fā)展。1995 年 7 月美國休斯宇航電子公司在法國舉行的水下防務(wù)會議上展示了機(jī)載快速滅雷系統(tǒng)（Rapid Airborne Mine Clearance System，RAMICS），如圖 1.2、圖 1.3所示。該系統(tǒng)由一套藍(lán)綠激光探雷系統(tǒng)和超空泡射彈系統(tǒng)構(gòu)成，一旦激光探雷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，機(jī)載的機(jī)關(guān)炮可發(fā)射口徑約為 20mm 的超空泡射彈對水下目標(biāo)進(jìn)行射擊摧毀，其最大殺傷距離可達(dá)水下 15m[2]。2001 年 RAMICS 進(jìn)行了第一階段毀傷試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目的。

美國的超空泡武器技術(shù)研究總體上傾向于防御。上個世紀(jì) 80 年代美國開始應(yīng)用超空泡以提高水下射彈速度，并將超空泡射彈作為高技術(shù)演示項(xiàng)目重點(diǎn)發(fā)展。1995 年 7 月美國休斯宇航電子公司在法國舉行的水下防務(wù)會議上展示了機(jī)載快速滅雷系統(tǒng)（Rapid Airborne Mine Clearance System，RAMICS），如圖 1.2、圖 1.3所示。該系統(tǒng)由一套藍(lán)綠激光探雷系統(tǒng)和超空泡射彈系統(tǒng)構(gòu)成，一旦激光探雷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，機(jī)載的機(jī)關(guān)炮可發(fā)射口徑約為 20mm 的超空泡射彈對水下目標(biāo)進(jìn)行射擊摧毀，其最大殺傷距離可達(dá)水下 15m[2]。2001 年 RAMICS 進(jìn)行了第一階段毀傷試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目的。圖 1.2 美國機(jī)載快速滅雷系統(tǒng)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張孝石;王聰;曹偉;趙成功;;基于流動控制的水下航行體流體動力特性分析[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2015年04期

2 趙宇;王國玉;黃彪;;考慮當(dāng)?shù)販u旋運(yùn)動修正的湍流模型在非定�？栈牧髁鲌鲇嬎阒械膽�(yīng)用[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2014年01期

3 白澤宇;王國玉;黃彪;;非均相流模型在非定�？栈鲃佑嬎阒械膽�(yīng)用及評價[J];船舶力學(xué);2013年11期

4 徐清沐;薛雷平;;帶凹槽和帶凸起的圓盤空化器超空泡流數(shù)值研究[J];水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2013年05期

5 時素果;王國玉;余志毅;張敏弟;;FBM湍流模型在非定常通氣超空化流動計算中的評價與應(yīng)用[J];船舶力學(xué);2012年10期

6 張木;譚俊杰;易文俊;蔡曉偉;;三維非定常水下超空泡射彈大渦模擬研究[J];彈道學(xué)報;2012年03期

7 黃彪;王國玉;權(quán)曉波;陳廣豪;;PANS模型在空化湍流數(shù)值計算中的應(yīng)用[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2011年04期

8 周景軍;于開平;;空化器傾斜角對超空泡流影響的三維數(shù)值仿真研究[J];船舶力學(xué);2011年Z1期

9 向敏;吳雄;張為華;王中偉;;超空泡航行器內(nèi)外流場仿真及性能分析[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2011年01期

10 裴譞;張宇文;袁緒龍;張紀(jì)華;;尾翼對超空泡航行器形態(tài)及力學(xué)特性影響實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2011年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳雄;固體發(fā)動機(jī)燃?xì)舛螄娚淅碚撆c試驗(yàn)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

本文編號：2877298