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复杂海洋环境下航行体的水动力特性研究
| 论文题名： | 复杂海洋环境下航行体的水动力特性研究 |
| 关键词： | 水下航行体;复杂海况;势流理论;水动力载荷;模态正交法 |
| 摘要： | 航行体在水下航行过程中会受到复杂水动力载荷的作用，尤其在靠近海面的过程中，由于环境载荷(波浪、洋流等)的存在以及多种流场的耦合作用，周围流场水动力载荷更加复杂。水动力载荷不仅影响航行体的结构安全性，还影响航行体的运动姿态，进而影响其设计功能的实现。研究复杂海洋环境下航行体的水动力特性研究对航行体设计及姿态预测有很重要的意义。其中，附加质量与阻尼的计算和研究是水下航行体水动力计算的一个重要问题，具有重要的研究意义。 本文基于理想流体的势流理论，选取适当的波浪及洋流数值模型，建立复杂海洋环境下水下航行体载荷计算模型。研究了不同海流模型，不同浪级下的水下航行体的表面载荷特性。在此基础上推导了计及附加质量变化的水下航行体运动方程，分析了整个水下航行体运动过程中附加质量的变化对阻尼特性的影响，并对整个出水过程中的附加质量及兴波阻尼特性进行了研究。本论文主要做了以下几个方面的工作： 1、基于理想势流模型及波浪理论，建立了计及复杂海况的航行体出水数值模型。并对不同的频域格林函数、时域格林函数引入航行体出水进行了推导，分析了不同对速度势求解方法对整个航行体出水问题的影响。 2、结合模态正交法、势流理论方法，建立了求解水下结构附加质量的求解方法，在与简单结构物的解析解进行比对验证算法有效性的基础上，将该方法应用到水下航行体整个水下运动过程中动态附加质量的求解。建立计及附加质量变化的水下航行体运动方程，分析了水下航行体运动过程中附加质量与阻尼特性的相互关系。 3、建立了多种洋流的计算模型(不同速度梯度、不同流动方向、对流洋流)，对水下航行体洋流作用下表面水动力特性进行数值计算，总结得到不同条件下，洋流与水下航行体的相互作用下水下航行体表面载荷分布，对其相互关系进行了研究。为水下航行体的结构设计及弹道预测提供参考。 4、建立了水下航行体受力的频域模型，分析了航行体不同状况下的辐射力特性。建立了波浪作用下水下航行体受力的时域模型，并对不同出水条件及不同海况下的水下航体的入射力、辐射力、绕射力进行计算，并对其变化规律研究。对入射波的不同相位对航行体的水动力影响进行研究，对斜壁出水时，航行体不同轴向及法向速度对航行体的水动力载荷性质进行了计算研究。 |
| 作者： | 陈玉 |
| 专业： | 工程力学 |
| 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： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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