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水下超空泡射弹尾拍动力特性研究及结构优化
| 论文题名： | 水下超空泡射弹尾拍动力特性研究及结构优化 |
| 关键词： | 水下航行体;超空泡减阻;尾拍力;振动特性;动力学特性;结构优化 |
| 摘要： | 超空泡减阻是一种新型技术，不但可以使航行器在水下超高速的前进，并且还能极大程度减小弹体所受阻力，减少阻力值高达90％以上，拥有非常好的减阻性能。由于超空泡的产生，必将使航行体部分或全部的包裹在空泡内，当航行体的速度在达到300～1000m/s这个区域内时，航行体将因各种各样的因素的影响，其尾部周期性的拍打空泡壁，而形成尾拍现象。在此运动环境下，由于有尾拍现象的碰撞作用，使得射弹自身的动力学特性变得特殊，且具有意义非凡的研究价值。 本文以产生尾拍的航行体为研究对象，针对超空泡航行体的自身振动特性和动力学特性，运用MATLAB和Workbench等数值软件来进行模拟仿真分析，并结合尾拍载荷力的变化特点分析壳体结构的模态以及谐响应，并对具体壳体形式进行优化设计。主要研究内容如下: 首先通过流体动力学理论知识求出尾拍力及速度的相关表达式;研究了不同空泡模型和半径公式，选择了本论文的空泡模型;分析尾拍产生的原因及条件，并在考虑耦合作用下的振动特点，将尾拍航行阶段分为:自由转动阶段和碰撞阶段。 然后，对尾拍的两个阶段进一步研究。在自由转动阶段，运用Hamilton变分和Von-Karman变形理论，得到了耦合动力学控制方程，并应用数学推导得到航行体的横向振动频率表达式，然后研究系统振动特性与哪些因素有关;在碰撞阶段，基于理论的求解公式，得出尾拍两阶段的动力学表达式，并采用数值模拟分析得出尾拍碰撞载荷和初始角速度的变化规律，为后续工作提供研究基础。 最后基于尾拍载荷的变化规律，分析不同壳体结构形式的结构响应，主要是模态以及谐响应分析，然后对具体壳体结构进行优化设计。建立不同形式壳体结构的模型，计算求得不同形式壳体结构的固有频率值，以便在谐响应分析时确定其发生破坏的危险频率，并应用Workbench仿真模拟，比较得出不同的壳体形式具有不同的特点，为以后壳体的进一步设计提供参考;针对六肋双层壳结构进行优化设计，在满足约束条件下得出了合理的壳体结构形式，使得壳体质量减轻，降低了生产成本。 |
| 作者： | 刘峥 |
| 专业： | 航天工程 |
| 导师： | 张德欣;李坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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