水下高速运动体减阻研究

论文摘要

本文主要内容包括超空泡运动体减阻分析和负压梯度外形的数值研究。水下高速运动体是一种在超空泡中航行的运动体。本文推导出了水下高速运动体初始航行段速度的解析表达式。建立了以空化器直径和角度为设计变量,速度为目标函数的优化模型。基于复合形优化算法编制通用优化程序。通过一个算例的优化计算,验证本文提出方法的有效性。对运动体的受力特性进行了分析。建立了发动机推力偏心以及装配工艺误差对运动体弹道扰动的数学模型。编制了有初始扰动的弹道仿真程序,对一个模型弹进行了各种初始扰动下的仿真计算。得出了初始扰动对运动体弹道特性的影响曲线。对负压梯度轴对称外形进行了分离特性的数值模拟并与Nesteruk的试验结果进行比较。基于传统核空化起始理论对负压梯度轴对称外形进行空化计算。计算结果证实了势流理论计算的和风洞试验的压力分布并且在模拟的雷诺数范围内没有分离现象发生。然而负压梯度轴对称外形发生了空化现象,并形成了超空泡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究水下高速运动体的意义
• 1.2 国外水下高速运动体研究概况
• 1.3 国内水下高速运动体研究概况
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 超空泡运动体减阻分析
• 2.1 超空泡流
• 2.1.1 超空泡流的基本特征
• 2.1.2 超空泡流的主要参数
• 2.2 超空泡的形状计算
• 2.2.1 经验公式
• 2.2.2 Logvinovich空泡扩展的独立性原理
• 2.2.3 考虑空化器攻角问题
• 2.3 空化器优化设计减阻
• 2.3.1 优化模型的建立
• 2.3.2 优化计算程序编制
• 2.3.3 计算结果及分析
• 2.4 弹体减阻分析
• 2.4.1 高速运动体的动力学方程
• 2.4.2 运动体所受的水动力分析
• 2.4.3 扰动分析
• 2.4.4 数值仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 不分离外形流动特性
• 3.1 分离流动的特性
• 3.1.1 分离产生的原因
• 3.1.2 分离流动的判别准则
• 3.2 不分离流动外形
• 3.2.1 具有负压梯度的轴对称外形
• 3.2.2 轴对称外形的风洞试验结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 不分离外形数值研究
• 4.1 控制方程
• 4.1.1 基本方程
• 4.1.2 空化模型
• 4.2 不分离外形
• 4.3 分离特性模拟
• 4.3.1 轴对称外形B-1
• 4.3.2 轴对称外形B-2
• 4.4 空化特性模拟
• 4.4.1 轴对称外形B-1
• 4.4.2 轴对称外形B-2
• 4.5 计算结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢