潜器操纵性水动力及多体干扰研究

论文摘要

操纵性是潜器最重要的总体性能之一,研究潜器操纵性对于保证潜器航行安全、充分发挥潜器工作效能,都有着极其重要的意义。操纵性水动力预报是潜器操纵性设计的基础,本文采用势流理论和粘流CFD方法对对水下潜器操纵性水动力进行了理论研究,并在水槽中对其进行试验研究。首先基于势流理论计算潜器的惯性类水动力,并分析附体位置对水动力的影响。再利用CFD软件FLUENT对潜器绕流问题进行数值模拟,得到在不同漂角下运动的升沉力系数和直航时表面压力分布,并与试验值及势流理论计算结果进行比较,表明FLUENT软件适合解决此类问题。探讨了FLUENT在潜器操纵性水动力预报方面的数值计算方法和预报精度,对带附体的潜器,在不同攻角和漂角下的水动力进行计算,计算结果达到了工程精度,对潜器操纵性水动力的计算方法做出了有益的探索。最后,通过模型试验研究了潜器附体与主体的相对位置对水动力的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的目的和意义
• 1.2 潜器水动力研究的发展
• 1.3 多体干扰的国内外研究现状
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 潜器操纵性平面运动方程式
• 2.1 平面操纵运动的一般方程
• 2.1.1 平面操纵运动情况的分析
• 2.1.2 向量的绝对改变与相对改变的关系
• 2.1.3 潜器运动一船方程式
• 2.2 作用于潜器的流体动力一般表达式
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 流体动力的一般表示式
• 2.3 潜器水动力系数
• 2.3.1 作用于潜器的惯性类水动力
• 2.3.2 潜器所受的粘性类水动力
• 2.4 水平面和垂直面操纵运动方程式
• 2.4.1 水平面操纵运动方程式
• 2.4.2 垂直面操纵运动方程式
• 2.5 本章小结
• 第3章 惯性类水动力导数数值计算方法
• 3.1 基本理论与数值计算方法
• 3.1.1 势流理论方程及数值方法
• 3.1.2 粘流理论及控制方程
• 3.1.3 数值模型
• 3.2 简单形状物体附加质量的数值计算结果
• 3.2.1 球体附加质量的数值结果
• 3.2.2 网格划分对结果的影响
• 3.2.3 椭球体附加质量的数值结果
• 3.3 多体运动附加质量计算
• 3.3.1 靠近壁面的椭球体附加质量计算
• 3.3.2 多个椭球体的附加质量计算
• 3.4 复杂形状物体附加质量的数值计算
• 3.4.1 复杂形状物体主尺度
• 3.4.2 采用Fluent软件计算该某潜器附加质量的结果
• 3.4.3 势流理论计算潜器附加质量的方法和结果
• 3.4.4 计算结果比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 粘性类水动力导数数值计算方法
• 4.1 阻力计算
• 4.1.1 计算模型
• 4.1.2 计算数据及分析
• 4.2 速度导数和角速度的数值计算
• 4.2.1 速度导数的数值计算
• 4.2.2 角速度导数的数值计算
• 4.3 本章小结
• 第5章 某潜器水动力试验
• 5.1 模型试验大纲
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验模型主尺度
• 5.1.3 试验条件
• 5.1.4 试验方案
• 5.2 试验数据处理方法
• 5.2.1 直航试验
• 5.2.2 斜航试验
• 5.2.3 纯升沉和纯横荡试验
• 5.2.4 纯俯仰和纯首摇试验
• 5.3 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