无人艇稳性及浮态恢复性能研究

论文摘要

海上高速无人艇具有情报收集、监视、侦察、武装保护、扫雷、反潜和精确打击等功能,表现出广阔的军事应用价值。然而复杂的运动控制、恶劣的海况以及执行任务过程中的突发险况都是对采用自主控制的无人艇安全性能的一个巨大挑战。具备优异的稳性性能,避免海上高速无人艇倾覆,是其他功能得以实施的重要保证。而当无人艇意外倾覆后,使其在有限的外界干扰或主动措施作用下恢复到正浮状态,直接关系到无人艇的生命力和战斗力。本文以某海上高速无人艇为研究对象,重点研究了其稳性以及浮态恢复性能。1)基于等排水量法和瞬时湿表面法,借助VB程序计算分析了无人艇的静水大倾角稳性以及波浪稳性,讨论了船波相对位置、航向角、波长、波高对无人艇波浪稳性的影响,并预报危险航行工况。2)借助CFD技术,分别采用二维和三维计算方法,分析了无人艇高速航行横倾时水动压力对横倾复原力臂的影响。采用二维简化计算方法时,基于2D+t理论将无人艇三维水动力分析简化为二维楔形体入水砰击问题,并利用商用流体力学软件Fluent进行模拟计算,根据数值模拟结果积分得出无人艇高速航行横倾时的复原力臂；采用三维计算方法时,借助CFX软件直接对无人艇高速航行横倾时的三维绕流问题进行了数值模拟计算,主要预报了垂向力、横倾复原力矩,分析了无人艇高速航行横倾时船底压力分布和自由液面波形分布,并比较分析两种方法的计算结果。3)建立了无人艇浮态恢复数学模型；分析了无人艇舷侧气囊、上层建筑对浮态恢复性能及恢复效果的影响；初步设计无人艇浮态恢复辅助装置；利用Matlab数值模拟了无人艇倾覆后浮态恢复过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 船舶稳性能研究
• 1.3 船舶浮态恢复性能研究
• 1.4 论文研究目的、意义和主要研究内容
• 1.4.1 论文研究目的、意义
• 1.4.2 论文主要研究内容
• 第2章 无人艇稳性性能分析
• 2.1 无人艇静水稳性计算
• 2.1.1 变排水量计算法
• 2.1.2 等排水量计算法
• 2.2 无人艇波浪稳性计算方法
• 2.3 无人艇稳性计算结果分析
• 2.3.1 无人艇静水大倾角稳性分析
• 2.3.2 无人艇波浪稳性结果分析
• 2.4 小结
• 第3章 基于2D+t理论的无人艇高航速稳性性能分析
• 3.1 2D+t理论
• 3.2 楔形体砰击理论
• 3.2.1 对称楔形体砰击理论研究
• 3.2.2 非对称楔形体砰击理论研究
• 3.2.3 楔形体入水砰击数值计算方法研究
• 3.3 CFD计算方法基本理论
• 3.3.1 基本方程
• 3.3.2 离散方法
• 3.3.3 湍流模式
• 3.3.4 自由液面的模拟方法
• 3.3.5 动网格技术
• 3.4 Fluent计算楔形体入水砰击验证
• 3.4.1 验证模型和计算方法
• 3.4.2 验证结果分析
• 3.5 无人艇的航行姿态分析
• 3.6 无人艇稳性计算结果及分析
• 3.7 小结
• 第4章 基于CFD技术的无人艇高航速稳性性能分析
• 4.1 商用CFD技术简介
• 4.2 网格生成技术
• 4.2.1 非结构网格
• 4.2.2 结构化网格
• 4.2.3 混合网格
• 4.3 滑行艇CFX数值模拟方法验证
• 4.3.1 控制方程和湍流模式
• 4.3.2 验证模型的建立
• 4.3.3 求解参数设置
• 4.3.4 计算结果及分析
• 4.4 利用CFX计算无人作战平台高航速稳性
• 4.4.1 无人艇计算模型
• 4.4.2 计算结果及分析
• 4.5 无人艇复原力臂结果比较
• 4.6 小结
• 第5章 无人艇浮态恢复性能研究
• 5.1 无人艇浮态恢复数学模型
• 5.1.1 基本假设
• 5.1.2 无人艇浮态恢复受力分析
• 5.1.3 横摇运动微分方程系数的确定
• 5.2 气囊对浮态恢复性能的影响
• 5.3 上层建筑对浮态恢复性能的影响
• 5.4 无人艇浮态恢复辅助装置设计
• 5.4.1 辅助装置方案1
• 5.4.2 辅助装置方案2
• 5.5 浮态恢复效果数值模拟
• 5.6 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