潜射航行体出筒过程载荷特性的数值模拟研究

论文摘要

潜射航行体垂直发射从发射至完全出筒阶段,筒内气体向水相扩散,弹体在水下高速运行会产生空化现象形成空泡,因此航行体是在液态水、筒内空气以及空泡组成的三相流场中运行,这使得航行体结构在出筒这段极短的时间内受到复杂的流体载荷作用,且在不同的出筒高度上,结构的载荷特性有很大的差异。本文对流场采用FLUENT软件MIXTURE多相流模型进行数值模拟,对结构载荷计算采用ABAQUS,利用MPCCI实现FLUENT和ABAQUS的数据交换和交错迭代,最终得到航行体出筒考虑流固耦合的结构响应。本文模拟了不同出筒阶段、不同发射速度等工况下弹体的结构响应,结果表明在航行体出筒的初期结构应力最大,且出筒速度越高,应力越大。研究还表明,航行体应力在空泡包裹区域最低,在空泡尾部的闭合点突然升高然后保持在一个稳定值。速度的提高会导致肩部空泡的增大,进而影响应力突变位置。通过对不同的头型、筒间间隙以及筒内气体压强对结构载荷的影响的研究表明,这三者对出筒初期结构响应影响较大,筒间间隙的减小和筒内气体压强的升高都会使航行体的应力值上升,而在出筒中后期,当头部入水以后,这些因素对结构影响很小,主要通过影响肩部空化特性,改变空泡尾部闭合点,进而改变应力突变位置,使得结构响应发生改变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 潜射导弹出筒的流体动力学特性研究现状
• 1.2.2 潜射导弹出筒的载荷特性研究现状
• 1.2.3 流固耦合的研究现状
• 1.3 本文主要研究的内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 流体动力学基础理论
• 2.1.1 流体动力学的微分型控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 湍流封闭模式
• 2.1.4 空化模型
• 2.1.5 控制方程的离散
• 2.2 流固耦合方法
• 2.2.1 流固耦合的概念
• 2.2.2 流固耦合的研究方法
• 2.3 本文的研究方法及软件介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 潜射航行体出筒过程的流固耦合分析
• 3.1 FLUENT 中模型的建立、网格划分及边界设定
• 3.1.1 建立模型
• 3.1.2 网格划分
• 3.1.3 求解参数设定
• 3.2 ABAQUS 模型的建立
• 3.3 潜射航行体出筒的流固耦合分析
• 3.3.1 出筒流场特性分析
• 3.3.2 出筒载荷特性分析
• 3.4 出筒高度对流场及航行体结构的影响
• 3.4.1 不同出筒高度上的流场特性
• 3.4.2 不同出筒高度上的载荷特性
• 3.4.3 特殊位置的应力应变分布
• 3.5 出筒速度对流场及航行体结构的影响
• 3.5.1 出筒速度对流场的影响
• 3.5.2 出筒速度对载荷特性的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 潜射航行体出筒载荷特性的影响因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 筒间间隙对流场及载荷特性的影响
• 4.2.1 筒间间隙对流场特性的影响
• 4.2.2 筒间间隙对载荷特性的影响
• 4.3 头型对流场及载荷特性的影响
• 4.3.1 模型参数
• 4.3.2 头型对流场特性的影响
• 4.3.3 头型对载荷特性的影响
• 4.4 筒内均压气体对流场及载荷特性的影响
• 4.4.1 筒内均压气体对流场特性的影响
• 4.4.2 筒内均压气体对载荷特性的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢