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航行体出水空泡流态特性与载荷测量方法研究
| 论文题名： | 航行体出水空泡流态特性与载荷测量方法研究 |
| 关键词： | 航行体;出水过程;空泡流;流态特性;静水载荷 |
| 摘要： | 高速航行体在水下航行时，结构周围会产生附体空泡，随着航行体一起运动。在航行体出水时，附体空泡发生坍塌、破碎，这一过程产生的溃灭载荷使得航行体表面压力突增，从而导致结构的破坏，甚至导致航行体折断。附体空泡流的流态特性决定了航行体出水时的空泡溃灭位置、溃灭形式及溃灭压力的大小，而航行体周围附体空泡的形态受到多种因素的影响，如航行体的航行速度，水下环境的压力，航行体头部的形式等。此外，在航行体到达水气交界面后的出水过程中，水体施加在航行体上的静水载荷及作用在航行体上的浮力会快速消失，航行体将会因为这种力的变化而失稳从而造成破坏，进而影响航行体正常出水。为了研究航行体出水时空泡流的流态特性及流体载荷，本文设计并进行了试验，分别探讨了航行体模型的速度、环境压力和航行体头部形状三种因素对航行体出水时附体空泡流态的影响，并设计进行了了减压条件下异形头部的航行体模型表面压力测量实验，设计了航行体剖面载荷实验测量方法，为航行体形状设计及结构强度的研究提供参考。 首先，通过试验对航行体空泡流的流态特性进行了研究。总结了附体空泡流的流动形态及尺寸变化规律，给出了附体空泡的流形分析。分析了不同头部形状、不同速度、不同环境压力等参数下，航行体出水前的空泡生成-发展及出水时的溃灭现象，并给出了这些参数对航行体周围空泡流的流态特性影响规律。 其次，设计了一种航行体出水时的表面压力载荷测量试验方法，并进行了试验，确定了三种不同头型的初生空泡数的范围，分析了头部形状、发射位置的空泡数等对航行体出水时表面压力的影响。研究了减压环境下航行体上不同位置处的表面压力在航行体出水前及出水时的变化规律，选出能够缓和航行体表面压力的头部形状及对应的空泡流态，确定最大压力点发生时间及发生时航行体所处的位置。 最后，设计了一种航行体出水时的剖面载荷测量试验方法，并设计了对应的试验模型。根据材料力学理论设计了用于剖面载荷测量的测载天平，使用测载天平测量各剖面处的剖面载荷。 |
| 作者： | 王文普 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 姚熊亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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