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原文传递超高速三体滑行艇流体动力与结构响应特性研究

论文题名：	超高速三体滑行艇流体动力与结构响应特性研究
关键词：	三体滑行艇;船型要素;夹层结构复合材料;水动力性能;砰击响应
摘要：	复合材料超高速三体滑行艇快速性能优异，可以迅速到达指定海域，对事件进行快速响应，因此具有广阔的市场需求。三体滑行艇具有极佳的快速性能和运动性能，一直都是新船型研究的热点。我国的三体滑行艇大都基于国外母型进行仿制，对其各个船型要素的作用机理及水动力性能理解不够深入。另外，高航速要求船体结构轻量化，且随着航速增加，砰击载荷是成为高速船主要载荷形式，然而我国当前缺乏全船采用轻量化的泡沫夹层复合材料设计和建造超高速船体结构的经验，对复合材料船体的砰击响应研究不够透彻，国外的相关研究资料也呈保密状态。因此，为促进我国复合材料高速船艇的发展必须依靠自有技术。在这一背景下，本文从总体设计角度，针对超高速三体滑行艇在研制过程中的关键技术展开研究，在探讨超高速三体滑行艇船型要素的作用机理及其变化对水动力性能的影响的基础上，基于夹层复合材料开展最大设计航速为75kn超高速三体滑行艇的结构设计工作，研究复合材料结构性能及砰击响应特性，最后对船体成型过程进行了研究并完成实船试验。　　论文应用CFD方法对三体滑行艇的艇型要素参数变化对水动力性能的影响进行研究，并进行了试验验证。基于CFD增量技术研究艇型要素参数对水动力性能的影响，槽道高度降低使可使工作段延长，使超高速航行时的压力分布更加均匀，是有利变化;槽道变宽在中速段的阻力性能变差，但对高速及超高速段的阻力性能影响不大，因此设计航速在该速度段的三体滑行艇可适当的增加槽道的宽度;主体宽度的变化对断级及槽道水动力性能也有一定影响。通过船模试验研究三体滑行艇重心纵向位置对其水动力性能的影响，研究发现三体滑行艇重心在各个纵向位置，都存在低速和高速两个阻力峰，低速阻力峰均出现在Fr▽=2.0左右。另外，实艇试验结果表明，实船最高航速达到了设计最高航速，在试航过程中，船体水动力性能和结构性能良好，成为我国目前航速最高的三体滑行艇。　　开展了超高速三体滑行艇的复合材料夹层结构铺层设计与结构响应特性研究。选择碳纤维蒙皮和泡沫芯材作为原材料，对夹层复合材料结构力学性能等效计算的基础上，根据规范计算超高速三体滑行艇载荷，完成全船复合材料夹层结构设计，同时进行了几种其他材料的夹层结构船体设计，通过对船体重量的比较，认为碳纤维/泡沫夹芯在船体结构和重量控制上效果最好。应用最大应力失效准则和TSAI-WU准则对超高速三体滑行艇在两种设计极限工况下的结构响应进行失效分析，结构设计强度满足要求。并应用瞬态动力响应分析基本理论，建立超高速三体滑行艇的砰击数值模型，分析船体结构在砰击载荷作用下的响应特性，在砰击载荷集中部位，可通过加密型材提高结构抗砰击能力。　　开展了基于VARTM工艺的船体夹层结构渗透性研究，提出一种泡沫夹层结构复合材料的VARTM工艺充型方法。通对船体模型的VARTM工艺过程进行仿真，考察了树脂的流动充模过程，在对泡沫夹层上表面进行模拟时，提出两种成型方案，根据充模流动结果认为在中轴线铺设主管路，左右对称铺设导流肋管的方案较优，能有效减少干斑的形成和树脂的浪费。
作者：	章丽丽
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	宋儒鑫
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2019