水下高速航行体运动稳定性分析

发布时间：2020-09-15 07:32

　　水下高速航行体通过高速运动实现超空泡流动,使得航行体所受的阻力大大减小,大幅度提升航速、提高航程,从而达到快速打击目标的目的。但与此同时,复杂的多相流流场,扰动因素多。当空泡尺寸大于航行体时,对其完全覆盖,形成超空化,航行体完全暴露在气体内,其沾湿面积大大减小,大部分滑行阻力、压差升力和浮力消失,航行体的受力也变得复杂且高度非线性,往往容易导致航行体偏航、失控。本文通过对水下高速航行体的动力学特性的分析,建立了航行体动力学和运动学模型,主要研究内容和结论如下:首先,建立了适用于小型无动力水下航行体计算的动力学模型,编写航行体入水及航行过程弹道分析计算程序,与文献对比,验证了计算程序的可靠性。其次,在无扰动条件下,研究了无动力航行体空化器尺寸、航行体长度、航行体质量分布和航行体总质量对航行体射程及弹道偏移量的影响。研究发现,使用适当的空化器尺寸及较大的航行体总质量会显著提高航行体射程;航行体的长度会通过影响航行体稳定性,从而影响航行体的射程;质量越靠前、转动惯量越大,航行体稳定性越好。最后,给予不同的入水俯仰角速度,计算分析航行体的运动稳定性。初始扰动俯仰角速度增加,弹道偏移量先增加后减小。基于Savchenko临界失稳条件,通过分析计算结果,选出了一种稳定性较好的航行体外形。在入水速度、入水角、航行体长度、直径和密度均不变的情况下,优化后的航行体相对于优化前的航行体稳定性和射程显著提高。本文的工作为水下航行体外形设计、弹道计算、稳定性研究及控制的开展,打下了基础。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U661.1;TJ6
【部分图文】：

示意图,超空化,现象,示意图

降至 10-3量级甚至更低。早于 1897 年，在英国“果敢号”上发现螺旋桨效率的大幅度降低。提出在液体中可能由于物体高速的运动会产生空化现象。最开始空害的物理现象，如引起轮船机械结构损伤、螺旋桨效率下降、产生船体剥蚀等。上世纪七十年代，前苏联利用空化使得鱼雷航行达到将鱼雷的运动速度提高到近 100m/s。这种超空泡减阻技术，是水式的跨越。体在水中高速运动时，会产生空化现象。水下航行体在高速运动的对来流产生影响，使得水的压力急剧下降，当压力降低到某个临生相变，由液态汽化成气态的过程成为空化。随着水下航行体的运航行体附近低压区增大，致使空化区域增加，最终空化区域将包裹一般情况下，当空化区域的长度超过绕流物体的长度时，形成的现现象，如下图所示。

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工况一空泡尺寸对比图

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工况二空泡尺寸对比图

【参考文献】