水陆两栖车辆减阻增速关键问题研究

论文摘要

两栖车辆的高速性能是衡量其性能指标之一,为了提高我国两栖车辆在水中的航速,对两栖车辆进行相关分析后,提出了减小车辆两栖车辆车轮的阻力来提高速度的策略,并设计了车轮收起方案。车轮收放方案综合考虑了车辆的空间布置、收起状态、运动干涉以及陆上行驶的安全性,设计了合理的收起方式、定位方式,以及陆上行驶车辆车轮收放功能失效,使车轮在水中收起时能平稳快捷,车辆在陆上行驶时安全稳定。车轮收起的力由液压系统产生。设计了完整的液压系统回路,并通过对液压元件的参数设置和仿真,检验了液压系统的稳定性。由导轨约束减振器和螺旋弹簧的定位,确定了车辆陆上行驶的安全稳定性。通过优化悬架结构参数,使车轮收起后的状态能使附件阻力充分减小。驱动半轴以及横向稳定杆与下横臂之间采用合适的连接形式,避免收起车轮时的运动干涉,使车轮收放能顺利进行。由压力感测器感知车辆陆上和入水后压力的变化,来控制车轮收起功能是否工作,以保证车辆陆上行驶的安全。利用Fluent对车轮收起前后的车辆进行了流体仿真,对比分析了车轮收起前后阻力的变化。结合车辆实际运行环境,模型采用了水气两相流进行分析。根据车辆外型断面变化剧烈、扰流情况复杂的特点,在对计算区域划分网格时,采用了内部为非结构网格、外部为结构网格的混合网格划分方法,以充分捕捉流场。为了加快计算速度,采用了并行计算方法。最后针对车首上水严重的现象,根据仿生学原理设计了一种新的防浪板类型,并通过仿真,对比分析了两种防浪板对水流的导流情况。对悬架结构优化前后的整车进行了仿真,分析了悬架变动前后车辆性能的变化。首先通过对比悬架变动前的整车动力学模型的仿真结果和实车试验结果,验证模型的正确性,然后对悬架优化前后的整车虚拟样机进行操纵稳定性和行驶平顺性的仿真分析,通过改变悬架优化后整车的一些参数,使其仍基本保持原车的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题的目的和意义
• 1.2 水陆两栖车辆的发展与现状
• 1.2.1 国外情况
• 1.2.2 国内情况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 水陆两栖车辆车轮收放方案
• 2.1 前言
• 2.2 水陆两栖车辆阻力成分与分析
• 2.2.1 摩擦阻力
• 2.2.2 形状阻力
• 2.2.3 兴波阻力
• 2.2.4 附件阻力
• 2.3 水陆两栖车轮收起方案
• 2.3.1 弹簧与减振系统定位
• 2.3.2 联轴器
• 2.3.3 车轮收起与驱动轴干涉分析
• 2.3.4 车轮收起与横向稳定杆干涉分析
• 2.4 车轮收放功能失效控制
• 2.4.1 车轮收放功能失效控制原理
• 2.4.2 压力感测器
• 2.5 车轮收起液压系统
• 2.5.1 液压系统的基本组成及要求
• 2.5.2 液压系统回路概述
• 2.5.3 液压系统设计计算
• 2.5.4 液压控制系统的建模与仿真
• 2.6 本章小结
• 第三章 水陆两栖车辆车轮收起状态优化
• 3.1 前言
• 3.2 横臂长度与车轮收起状态分析
• 3.3 车轮后收起状态优化
• 3.3.1 目标函数和优化设计变量的确定
• 3.3.2 优化结果分析
• 3.4 悬架系统的运动学仿真分析
• 3.4.1 前轮外倾角
• 3.4.2 主销后倾角和后倾拖距
• 3.4.3 主销内倾角
• 3.4.4 车轮前束
• 3.5 转向结构优化分析
• 3.6 运动部件空间结构分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于CFD 的水陆两栖车辆车轮收起前后阻力分析
• 4.1 前言
• 4.2 紊流数学模型
• 4.3 自由表面追踪
• 4.3.1 VOF 模型
• 4.3.2 水气两相流的VOF 模型
• 4.4 数值模拟
• 4.4.1 计算模型和计算区域
• 4.4.2 网格划分
• 4.4.3 边界条件
• 4.4.4 并行计算
• 4.4.5 求解计算
• 4.4.6 防浪板型状对水流影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 水陆两栖车辆多体动力学建模及模型验证
• 5.1 前言
• 5.2 水陆两栖车辆多体动力学模型
• 5.2.1 建模过程
• 5.2.2 前悬架模型
• 5.2.3 转向系统模型
• 5.2.4 后悬架模型
• 5.2.5 轮胎模型
• 5.2.6 整车模型
• 5.3 实车试验
• 5.3.1 试验目的
• 5.3.2 试验仪器设备
• 5.3.3 试验准备
• 5.3.4 方向盘转角脉冲输入试验
• 5.3.5 双移线试验
• 5.3.6 蛇形试验
• 5.3.7 数据处理
• 5.4 实车试验和仿真试验对比
• 5.4.1 驱动控制文件和驱动控制数据文件
• 5.4.2 方向盘转角脉冲输入试验对比
• 5.4.3 双移线试验对比
• 5.4.4 蛇行试验对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 水陆两栖车辆悬架优化前后陆上性能仿真分析
• 6.1 前言
• 6.2 操纵稳定性仿真分析
• 6.2.1 转向盘转角阶跃仿真试验
• 6.2.2 转弯制动仿真试验
• 6.2.3 蛇行仿真试验
• 6.2.4 转向轻便性仿真试验
• 6.2.5 稳态回转仿真试验
• 6.3 平顺性仿真分析
• 6.3.1 汽车平顺性的定义及评价方法
• 6.3.2 人—椅模型
• 6.3.3 行驶平顺性仿真分析路面模型的建立
• 6.3.4 脉冲输入路面平顺性仿真试验
• 6.3.5 随机输入路面平顺性仿真试验
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要研究成果和创新点
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果和发表的论文