文档介绍：哈尔滨工程大学
博士学位论文
水下高速航行体超空泡减阻特性研究
姓名:熊永亮
申请学位级别:博士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:郜冶
20080801
要摘水下航行体在其高速航行时,其侧面压力下降至流体的饱和压力,使陔区域的流体汽化成蒸汽,当形成的汽体包围了整个航行体时,将这一汽体区域称为自然超空泡,航行体在空泡内工作,此时可以有效降低航行体所受的大的意义。然而,利用超空泡减阻的航行体由于失去了液体的浮力,受力的不平衡使得航行体在空泡内的运动非常复杂。此外,航行体表面的流动涉及到具有相变、湍流、可压缩的非定常多相流动使得其流体运动机理和规律十分复杂。因而只有在掌握了这些复杂流动规律和航行体运动规律的基础上,本文结合理论分析,试验研究和数值研究,主要完成以下几项工作:首先,从超空泡航行体的基本工作特征出发,利用超空泡航行体在空泡器升力引起的空泡偏移,并展丌分析了航行体的各种受力,结合航行体的动力学方程使描述航行体运动规律的方程组封闭。在此基础上对高速发射的超高速射弹进行了算例研究,计算表明对于以相同速度发射的主体质量和外形已确定的超空泡射弹,弹体周围形成过大的超空泡反而降低了航行体的射程,径还是空化器外形,其优化后的射程足近似一致的。其次,基于基本的守恒方程,推导了单相流体瞬态控制方程组,结合两相界面处的基本规律,得到界面的基本关系式。考虑到界面运动和湍流引起的流场脉动,将上述方程进行了时均化处理,并最终得到时均化的多相流场控制方程,并将其展丌获得了轴对称的控制方程。为了将控制方程组封闭,采用了南啾淠P停⒔岷媳曜急诿婧腞虑到空泡流动的特点,对湍流模型进行了修正。随后将通用方程在非正交网格进行离散,给出计算中采用的算法和边界条件的设置。粘性阻力。同样还可以通过向航行体表面通气,达到减阻的效果,此时的气体区域称为通气超空泡。利用超空泡技术可以大幅降低航行体所受的阻力,更利于发展水下超高速航行器。水下高速航行体在海防,救生等方面具有重才能有效利用这项先进技术。内的动力学方程,在现有的半经验公式的前提下,通过动量定理推导了空化应通过空化器适当减小空泡外形。计算结果表明无论是通过优化空化器的直徽纪牧髂P停水下高速航行体超宅泡减阻特性研究
空泡和超空泡流动下进行了模拟,并与经典文献进行对比,确认了数值计算的精度。随后用数值方法模拟了试验中的瞬态自出航行情况,并开展无空泡的计算,对比分析后确认了超空泡航行体的减阻能力。此后在所提出的容积算,获得了不同空化器在不同空化数下的容积阻力系数分和规律。最后对变阻力空化器进行了控制能力研究,并对其进行了瞬念数值仿真,研究了空泡空化器,并对其在不同空化数下的运动情况进行数值模拟。第四,介绍了通气超空泡的用途及其设计的基本方案,并分析了两种稳定的空泡内气体泄漏方式及其特征,分析了通气空泡在有或无后体时,空泡不稳定的临界条件。利用大涡模拟和一占方法对同一通气空泡算例,采用较嗔髂P徒心D猓冉狭街址椒ǘ阅D馔ㄆ张莸牟钜臁本文对水下超空泡减阻做了较多的探索性研究,对水下超高速航行体减阻的研究与设计具有一定的意义和实用价值。关键词:水下高速航行体;减阻;超空泡:多相流;湍流模型第三,丌展自然超空泡特性的研究。首先进行具有推力的小缩比超空泡航行体自由航行试验,随后将所建立的空泡多柏流数值模型,分别在小尺度阻力系数的基础上,针对几种常见的空化器在不同空化数的情况下进行了计形态与阻力系数的变化规律,在此基础上提出了一种可变升力和阻力的可控哈尔滨猴搜Р┦牛汉温畚
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第滦髀超过痵。发展水中高速兵器的关键在于大幅减少兵器的运动阻力,水中物体在水中运动时,根据伯努利方程可知物体周围的流场静压会下降,年,俄罗斯首次在公开场合公布了他们研制的“狂风”超空泡鱼雷鞣匠浦!癝淖柿希澜缍嘉V鹁#咚偎潞叫刑年,在乌克兰基辅召开的由北约组织的水下高速航行体会议上,俄罗斯及乌克兰的学者发表了大量关于超高速水动力、水弹道及空化理论的文章,再一次掀起了全世界研究超空泡相关问题的热潮。年拢砺匏棺钕冉摹鞍滤箍↖级“库尔斯克藕饲蓖г演习时发生神秘爆炸并沉没于巴伦之海时,立刻有传闻