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水中超空泡流及航行体弹道特性研究
| 论文题名： | 水中超空泡流及航行体弹道特性研究 |
| 关键词： | 超空泡流;数值计算;空化源项;可压缩性;水中航行体;弹道特性 |
| 摘要： | 超空泡技术是主要在头部空化器的作用下，通过低压汽化和人工通气的共同作用，在航行体周围形成一个气泡并将其包裹，降低摩擦阻力，从而提高水中航行体速度的一种水中减阻技术。本文主要针对超空泡流动中相变、湍流等流体中复杂流动现象的问题，开展了超空泡流的相变模型、可压缩效应的数值计算及超空泡航行体弹道特性的研究。 研究了考虑混合相压缩性和不考虑混合相的压缩性条件下的空化源项问题。从R-P方程出发，建立了考虑混合相压缩性和不考虑混合相压缩性条件下的与蒸汽相输运方程量纲一致的自然空化源项公式及通气空化源项公式。利用CFD手段模拟了稳态空泡流动、空泡的非稳态发展特性及空泡流动的三维效应，并与文献试验数据进行对比分析。计算结果验证了数值计算公式及算法的有效性。 基于细长体理论研究了水中亚超音速可压缩空泡流动空泡形状及空化阻力的特征。研究表明，在亚音速区域，随着马赫数的增加，空泡长细比及空化阻力呈现上升的趋势；在超音速区域，随着马赫数的增加，空泡长细比及空化阻力呈现下降的趋势；同时马赫数对空泡长细比的影响没有空化数对空泡长细比的影响大。数值模拟了考虑水和蒸汽可压缩效应的水中亚音速超空泡流。数值计算结果表明，随着马赫数的增加，航行体头部的弓形区域内水的密度及流场压力明显增大。 联合考虑空泡中气体平衡方程、超空泡截面表达式、航行体与空泡之间的相互关系、水动力计算方法和航行体运动的动力学方程。研究航行体带空泡入水垂直平面弹道特性、加速段垂直平面弹道特性、巡航段无控和有控制方案垂直平面弹道特性、巡航段水平面弹道特性及空间6-DOF的弹道特性。研究表明，考虑卷入空气的弹性会引起入水空泡的不稳定，并会在空泡壁面出现壁面波；采取控制方案以后，质心位置基本保持在定深位置很少的偏差范围内变化；当同时采取重力和V型超空泡水翼稳定方案时，航行体水平面姿态将呈现出保持在较小的幅值以较大频率有阻尼振荡。 |
| 作者： | 蒋运华 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 安伟光 |
| 授予学位： | 博士 |
| 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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