文档介绍：博士学位论文
超空泡运动体尾拍冲击振动特性的研究
RESEARCH ON IMPACT AND VIBRATION
CHARACTERISTIC OF SUPERCAVITATING
HIGH-SPEED BODIES WITH TAIL-SLAPS
张劲生
2010 年 9 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学博士学位论文
超空泡运动体尾拍冲击振动特性的研究
博士研究生:张劲生
导师:张嘉钟教授
申请学位:工学博士
学科:一般力学与力学基础
所在单位:航天学院航天工程与力学系
答辩日期:2010 年 9 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
RESEARCH ON IMPACT AND VIBRATION
CHARACTERISTIC OF SUPERCAVITATING
HIGH-SPEED BODIES WITH TAIL-SLAPS
Candidate: Zhang Jinsheng
Supervisor: Prof. Zhang Jiazhong
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: General Mechanics and
Foundation of Mechanics
Affiliation: Department of Aerospace
Engineering and Mechanics,
School of Astronautics
Date of Defence: September, 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
超空泡减阻是实现水下航行体超高速运动的一种理想手段,借助于超空泡,
水下航行体的粘湿面积可以降到最小状态,从而极大地降低了航行体表面所受
到的液体摩擦阻力。水下超空泡运动体在不同的航速下有不同的运动模式,尾
拍飞行是超空泡运动体在较高速度段的一种运动模式。在该运动模式下,由于
存在连续的尾拍冲击作用,超空泡运动体的结构动力学特性与按传统方式运动
的航行体相比将存在很大的不同。
目前对超空泡航行体的流体动力学特性的研究相对较多,而对于航行体自
身动力学和振动学特性的研究文献则相对较少,尤其是对尾拍阶段高速运动的
超空泡运动体振动特性的研究就更少了;而该项研究对后续的超空泡运动体的
结构设计、优化、运动稳定性等方面的研究工作又有着重要的影响。所以,开
展该项研究对超空泡武器的研制有着重要的理论与现实意义。
本文主要采用理论分析和数值仿真的方法,对尾拍过程中超空泡运动体的
尾部激振力和结构振动特性进行了研究。主要内容如下:
针对超空泡运动体尾拍飞行时的运动特点,运用作大范围转动的弹性梁耦
合动力学理论,得出了超空泡射弹尾拍振动的频率和模态,并对其时变特性进
行了计算和分析;同时,研究了弹体的长细比、材料及转速对系统振动特性的
影响。
研究超空泡运动体尾拍振动时的一个关键和难点,就是尾拍冲击载荷的确
定。本文分别采用理论分析和流固耦合仿真计算的方法,对小型超空泡射弹自
由飞行时的尾拍冲击载荷进行了研究,得出了尾拍载荷的时间变化规律,以及
尾拍载荷与弹体结构参数的关系。
然后,分别利用前面的尾拍载荷理论分析结果和流固耦合仿真方法,对射
弹自由飞行时尾拍振动的结构响应进行了数值计算;得到了加速度响应的时域
和频域特性、弹体主应力最大值的变化和分布规律、结构响应与弹体结构参数
的关系。
在论文的最后部分,对大尺寸超空泡航行体(超空泡鱼雷),在不同速度段
匀速巡航时的尾拍振动响应进行了有限元数值模拟,给出了航行体的结构响应
与巡航速度的关系。
到目前为止,对超空泡运动体在尾拍飞行阶段的尾拍激振力及动力响应方
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
面的试验研究还未曾见于报道,因而,本文的研究结果,可以为以后的超空泡
运动体