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微浮筏阵列多孔柔性蒙皮与流体附面层扰动波的同步波动研究
| 论文题名： | 微浮筏阵列多孔柔性蒙皮与流体附面层扰动波的同步波动研究 |
| 关键词： | 微浮筏阵列;多孔柔性蒙皮;流体减阻;同步波动;剪切应力 |
| 摘要： | 随着水下航行器对减阻的需求日益增加，柔性表面流体减阻技术受到广泛关注，但是目前常用的柔性蒙皮存在着一系列缺陷，这极大地制约了该项技术的发展。本文以海豚柔性皮肤为原型，结合隔振领域常用的浮筏结构设计出一种微浮筏阵列多孔柔性蒙皮，该蒙皮由多孔柔性壁和微浮筏减振单元组成，研究了该多孔柔性蒙皮与流体附面层扰动波的同步波动减阻机理，并通过同步波动时的剪切应力分析了多孔柔性蒙皮的减阻性能。 本文主要进行了以下几方面的工作: (1)建立了多孔柔性蒙皮与流体附面层扰动波同步波动特征方程。首先，构建了微浮筏阵列多孔柔性蒙皮的物理模型;然后，基于粘弹性理论与流体波动理论建立了多孔柔性蒙皮的波动控制方程，同时在多孔柔性蒙皮与内外流体交界处建立了力学与位移边界条件，三者联立组成同步波动特征方程。 (2)确定了多孔柔性蒙皮与流体附面层扰动波同步波动条件。首先，通过求解稳定性特征方程得到了不同波数下的频率与波速;然后，将不同波数及其对应的频率和波速代入同步波动特征方程判断波动常数是否有解。结果表明:只有当畸变波速c1，无旋波速c2和扰动波速c3满足c1＜c3＜c2时，波动常数有解，这意味着只有当c1＜c3 ＜c2时，多孔柔性蒙皮与流体附面层扰动波才可以产生同步波动。 (3)分析了多孔柔性蒙皮结构参数对同步波动的影响。首先，通过求解稳定性特征方程得到了不同结构参数与雷诺数下的波速特征根，从而由同步波动条件求得了实现同步波动的雷诺数范围;然后，利用正交试验法得到了实现同步波动的最优参数，并研究了结构参数对同步波动的显著影响。结果表明:适当增大间距l、刚度比γ、阻尼比ε、质量比β和渗透系数a扩大了产生同步波动的雷诺数范围，其中最优结构参数为:l=0.8，γ=16，ε=10，β=4，a=0.004，对同步波动的显著影响大小顺序为:l＞γ＞ε＞β＞α。 (4)研究了多孔柔性蒙皮结构参数对减阻性能的影响。通过分析蒙皮表面剪切应力研究了不同结构参数对蒙皮减阻性能的影响。结果表明:适当增大l、γ和ε等参数减小了剪切应力。剪切应力随结构参数的变化趋势与同步波动随结构参数的变化趋势一致，这说明调节结构参数可能是通过扩大产生同步波动的雷诺数范围从而得到更好的减阻效果，并且在最优结构参数下，多孔柔性蒙皮剪切应力相对于单层柔性蒙皮降低约7.9％。 |
| 作者： | 肖子健 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 赵丹 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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