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· 47 · 弹箭与制导学报 2001 年
水下航行体动态特性研究
王聪, 张嘉钟, 董彩凤, 戴淑静
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(1. 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江哈尔滨 150001; 2. 航天三院三部, 北京 100074)
[ 摘要] 从理论上分析了水下航行体动态特性的频响函数合成方法。并基于 LM S 动态测试与分析
系统, 对某导弹模型进行了模拟试验, 得到了空气和水两种介质环境下导弹模型结构的模态特性,
试验结果反映了附加质量对结构动态特性的影响关系, 验证了综合分析方法的正确性。
Ξ[关键词] 水下航行体; 动态特性; 附连水质量
[中图分类号] TJ 765. 1 [文献标识码] A
1 引言
潜射导弹发射时的力学环境是相当复杂的, 为了提高其可靠性及打击精度, 必须考虑不同力学环
境(包括介质与激励等情况) 下导弹结构的动态特性, 以便进行精确的结构动态优化设计。结构动态特
性可以通过试验和计算两种途径得到, 随着计算机和有限元技术的发展, 理论分析能够获得一定精度
的模态参数, 但对于结构复杂并在水下发射的导弹而言, 计算结果的精度尚不能满足实际应用的需
要[1 ]。因而试验模态分析仍然是该类结构动态特性分析的主要手段。但是在对导弹进行水下模态试验
时, 存在以下几个具体问题, 一是使用常规的激振和测试设备不可避免地受到水下试验条件的限制;
二是影响因素较多, 环境噪声和干扰较大; 三是水下模态特性的测试工作量大、实施困难。所以有必要
探讨一种试验与计算相结合的方法。
文中利用结构在空气中的频响函数, 以及结构在水下振动时的附加质量理论, 研究了结构在水下
振动时的频响函数合成方法。并基于LM S CADA X 动态测试与分析系统进行了某导弹缩比模型结
构在两种介质环境下的模态试验, 对理论方法进行了验证, 为水下航行体动特性分析提供了一种可靠
的方法。
2 导弹模型水下动态特性分析
结构在液体中的动态特性计算方法基于对液体的考虑不同, 分两种情况: 一是简化考虑液体的影
响, 将液体对结构的影响考虑成为附加质量; 二是不做上述简化, 对液体结构耦合振动系统进行耦合
分析[3 ]。就大型复杂结构而言, 进行液体结构耦合振动分析存在许多困难, 基于这种考虑, 可以将液体
对结构的影响考虑为附加质量, 用分析或试验方法求得结构在空气中的动态特性。在此基础上, 综合
附连水质量的频响函数而得到结构在水下的频响函数, 进而求现结构在水下的动态特性参数。
将水考虑为均匀的无粘性、无旋的理想流体, 并限于线性小挠动的情况。采用有限元法对流场和
结构进行有限元离散化处理, 由流体运动方程、结构运动方程及流固界面的流固耦合关系推导出流固
耦合振动方程为[3 ]:
(M s + M a ) x + C sx + Ksx = F (t) (1)
式中: x—结构位移向量;M s—结构质量矩阵; Ks—结构刚度矩阵; C s—结构阻尼矩阵;M a —附连水质
量矩阵; F (t) —外界激振力。
方程(1) 与结构在空气中的振动方程形式相同, 只是多了一项附连水质量矩阵。可见液体对结构
的全部影响均反映在附加质量矩阵M a 上。这