發(fā)布時間：2022-10-04 20:46

　　水下兵器發(fā)展過程中,提高水下射彈、魚雷的航行速度一直是擺在設(shè)計研究人員面前的最大障礙。過去研究人員采用優(yōu)化航行體結(jié)構(gòu)、添加航行體表面涂層、增加和改進(jìn)動力系統(tǒng)推進(jìn)方式等常規(guī)方法來提高水下航行體速度,研究結(jié)果表明由于水下阻力極大,這些方法很難大幅度提高水下航行體的運(yùn)動速度。隨著俄羅斯超空泡高速魚雷的問世,打破了以往常規(guī)方法的限制,成功實現(xiàn)了水下航行體速度的提升,并且獲得了非常喜人的效果。目前隨著世界各國對于海上軍事主動權(quán)的爭奪日趨緊張,超空泡技術(shù)極具軍事應(yīng)用發(fā)展前景的特點(diǎn),深深地吸引了各大軍事強(qiáng)國的關(guān)注,開展了大量相關(guān)研究,并且取得了一定的研究成果。但是空泡流動是一種考慮相變、粘性、湍流運(yùn)動、界面可壓縮性的極其復(fù)雜多相流動現(xiàn)象,使得空泡流動的研究發(fā)展在很大程度上受到制約,其相關(guān)實驗研究、數(shù)值預(yù)測和空泡機(jī)理研究仍然是目前多相流領(lǐng)域內(nèi)的研究難點(diǎn)與熱點(diǎn)。 針對這種情況,本文利用自行開發(fā)設(shè)計的大渦模擬算法程序,進(jìn)行了水下高速航行體超空泡減阻問題的空泡流動數(shù)值模擬；利用空泡數(shù)值模擬理論結(jié)果設(shè)計航行體模型,研制水下測速儀器,開展水下超空泡航行體實驗研究,具體研究工作內(nèi)容如下： 首先,基... 

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
圖表目錄
主要符號說明
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究概況
        1.2.1 超空泡實驗技術(shù)發(fā)展研究
        1.2.2 超空泡理論和數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展研究
    1.3 本文主要研究工作與內(nèi)容
2 數(shù)值模擬算法
    2.1 引言
    2.2 控制方程
    2.3 大渦模擬方法
        2.3.1 濾波函數(shù)
        2.3.2 大渦模擬控制方程
        2.3.3 網(wǎng)格應(yīng)力模型
    2.4 空化模型
        2.4.1 Rayleigh-Plesset空化模型
        2.4.2 Singhal空化模型
        2.4.3 Sauer空化模型
        2.4.4 Kunz空化模型
    2.5 數(shù)值離散方法
        2.5.1 積分形式大渦模擬控制方程
        2.5.2 大渦模擬控制方程離散
        2.5.3 壓力-速度-密度耦合算法
        2.5.4 計算域和數(shù)值計算邊界條件
    2.6 網(wǎng)格生成
    2.7 并行計算算法設(shè)計
        2.7.1 并行計算環(huán)境
        2.7.2 并行分區(qū)與信息通訊方式
        2.7.3 并行算法性能評價
        2.7.4 算例驗證與結(jié)果分析
    2.8 本章小結(jié)
3 低速水下翼型云空化流動數(shù)值模擬研究
    3.1 引言
    3.2 計算翼型選取
    3.3 計算網(wǎng)格和計算方法
        3.3.1 計算網(wǎng)格
        3.3.2 計算方法及條件
    3.4 計算結(jié)果與分析
        3.4.1 全濕流動驗證
        3.4.2 空泡周期性脫落過程
        3.4.3 空化模型對空泡形態(tài)的影響
        3.4.4 空化數(shù)對水動力特性的影響
    3.5 本章小結(jié)
4 水下高速航行體自然超空泡流動數(shù)值模擬研究
    4.1 引言
    4.2 超空泡形成過程
        4.2.1 模型計算網(wǎng)格
        4.2.2 非定常超空泡形成過程
    4.3 空化數(shù)對超空泡形態(tài)特性和阻力特性的影響
        4.3.1 空化數(shù)對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.3.2 空化數(shù)對超空泡阻力特性的影響
    4.4 攻角對超空泡形態(tài)特性和阻力特性的影響
        4.4.1 攻角對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.4.2 攻角對超空泡阻力特性的影響
    4.5 尾翼對超空泡形態(tài)特性和阻力特性的影響
        4.5.1 模型計算網(wǎng)格
        4.5.2 零攻角下尾翼對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.5.3 帶攻角下尾翼對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.5.4 不同尾翼結(jié)構(gòu)對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.5.5 尾翼對超空泡阻力特性的影響
    4.6 空化器參數(shù)對超空泡形態(tài)特性和阻力特性的影響
        4.6.1 空化器形狀對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.6.2 空化器直徑對超空泡形態(tài)特性的影響
        4.6.3 空化器直徑和形狀對超空泡阻力特性的影響
    4.7 本章小結(jié)
5 水下自然超空泡帶尾翼航行體實驗研究
    5.1 引言
    5.2 模型和實驗方法
        5.2.1 實驗?zāi)Ｐ?br>        5.2.2 實驗總體裝置
    5.3 實驗測速系統(tǒng)設(shè)計
        5.3.1 測速靶
        5.3.2 DSP測速系統(tǒng)
    5.4 實驗方案與步驟
        5.4.1 實驗方案
        5.4.2 實驗步驟
    5.5 實驗數(shù)據(jù)處理
    5.6 實驗結(jié)果分析
        5.6.1 航行體空中飛行穩(wěn)定性對超空泡形成的影響
        5.6.2 自然超空泡形成
        5.6.3 超空泡航行體水下彈道穩(wěn)定性分析
        5.6.4 不同空化數(shù)下帶尾翼航行體的阻力系數(shù)
        5.6.5 不同空化器直徑下帶尾翼航行體的阻力系數(shù)
        5.6.6 數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比
    5.7 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 本文主要研究成果
    6.2 本文研究工作的創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 未來展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]旋轉(zhuǎn)彈頭水平入水空泡及彈道的實驗研究[J]. 顧建農(nóng),張志宏,王沖,范武杰.  兵工學(xué)報. 2012(05)
[2]通氣量對超空泡生成與維持影響實驗研究[J]. 張紀(jì)華,張宇文,朱灼.  實驗流體力學(xué). 2012(02)
[3]通氣量突變對通氣超空泡形態(tài)影響的試驗研究[J]. 王曉娟,張紀(jì)華,張宇文.  西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2012(02)
[4]伴隨超空泡產(chǎn)生的高速細(xì)長體入水實驗研究[J]. 施紅輝,周浩磊,吳巖,賈會霞,張曉萍,周素云,章利特,董若凌,王超.  力學(xué)學(xué)報. 2012(01)
[5]水下航行器通氣超空泡生成與維持實驗研究[J]. 張紀(jì)華,張宇文,李雨田.  實驗力學(xué). 2011(06)
[6]超空泡航行器舵效的水洞試驗研究[J]. 裴譞,王育才,張宇文,鄧飛,袁緒龍.  西南交通大學(xué)學(xué)報. 2011(06)
[7]通氣超空泡水下射彈數(shù)值模擬及試驗研究[J]. 金大橋,王聰,曹偉,張嘉鐘,鄒振祝.  兵工學(xué)報. 2011(10)
[8]通氣超空泡水下射彈實驗研究[J]. 金大橋,王聰,魏英杰,曹偉,余鋒,鄒振祝.  工程力學(xué). 2011(09)
[9]尾翼對超空泡航行器形態(tài)及力學(xué)特性影響實驗研究[J]. 裴譞,張宇文,袁緒龍,張紀(jì)華.  實驗流體力學(xué). 2011(01)
[10]通氣空泡生成和潰滅特性試驗研究[J]. 張博,張宇文,張紀(jì)華.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2011(01)

博士論文
[1]通氣空泡流研究[D]. 陳鑫.上海交通大學(xué) 2006

碩士論文
[1]超高速航行體尾部流場特性分析與試驗研究[D]. 張琦.西北工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3685733