推进器尾喷流对超空泡外形及性能的影响研究

论文摘要

火箭发动机是超空泡航行体获得目标速度的主要动力来源,而其产生的高速尾喷流对超空泡航行体附近的流场的影响规律迄今为止仍没有文献资料对其进行公开的报道。本文在介绍了超空泡的国内外相关研究的基本概况的基础上,应用流体计算软件FLUENT建立了带推进器尾部喷流的超空泡航行体的二维轴对称模型。分别利用Mixture模型和VOF模型,对自然超空泡和通气超空泡流以及相应情况下的尾喷流进行了数值模拟,得出了推进器尾喷流对自然超空泡及通气超空泡的影响规律。对于自然超空泡和通气超空泡的流场模拟结果以及尾喷流对空泡的影响规律,均与文献研究结果吻合较好。本文的研究结论为超空泡航行体的动力布局设计的进一步研究提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究尾喷流影响的目的及意义
• 1.3 国外相关研究概况
• 1.3.1 国外对超空泡武器的研究动态
• 1.3.2 国外对超空泡技术的研究动态
• 1.4 国内的发展和研究概况
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 基本理论
• 2.1 空化基本理论
• 2.1.1 空化的产生
• 2.1.2 空化类型
• 2.1.3 空化的作用
• 2.1.4 对空泡产生和形状的影响因素
• 2.2 超空泡基本理论
• 2.2.1 超空泡的减阻特性
• 2.2.2 超空泡流研究的相似参数
• 2.2.3 空化器和空泡数对超空泡外形的影响
• 2.2.4 超空泡尾流闭合和气体泄露问题
• 2.3 氢-氧发动机
• 2.4 本章小结
• 第3章 数学模型及数值方法
• 3.1 数学模型
• 3.1.1 空化模型
• 3.1.2 VOF模型
• 3.1.3 湍流模型
• 3.1.4 湍流流动的近壁处理
• 3.2 数值方法
• 3.2.1 网格的生成
• 3.2.2 控制方程的离散格式
• 3.2.3 时间项的离散
• 3.2.4 求解方法
• 3.2.5 迭代方法和松弛因子
• 3.3 本章小结
• 第4章 尾喷流对自然空泡影响的数值模拟
• 4.1 自然空泡流场模拟
• 4.1.1 物理模型
• 4.1.2 计算域、边界条件及网格划分
• 4.1.3 计算方法
• 4.1.4 自然空泡流场模拟结果
• 4.2 尾喷流对自然超空泡的影响
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 尾喷速度对空泡长度的影响
• 4.2.3 尾喷流的带走效应
• 4.2.4 尾喷速度对空泡压力场的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 尾喷流对通气空泡影响的数值模拟
• 5.1 通气空泡流场的数值模拟
• 5.1.1 物理模型
• 5.1.2 计算域、边界条件及网格划分
• 5.1.3 计算方法
• 5.1.4 模拟结果与经验公式的比较
• 5.1.5 通气空泡和自然空泡比较
• 5.1.6 通气角度的比较
• 5.2 尾喷流对通气空泡影响的数值模拟
• 5.2.1 计算方法
• 5.2.2 通气空泡的尾喷流带走效应
• 5.2.3 尾喷速度对空泡外形及压力场的影响
• 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