等压排气改善潜射航行体出水特性及稳健性机理研究
发布时间：2021-04-11 21:14
潜射航行体出水载荷、弹道及姿态是水下发射技术的关键参数,由于穿越水层过程中存在复杂因素的干扰,如何确保航行体出水参数满足要求,已成为亟待解决的水下发射技术难点之一。作为一种特殊的通气空泡技术,等压排气通过形成的覆盖航行体局部表面的气体边界层,可以有效改善航行体出水载荷、弹道及姿态,甚至是各参数的稳健性,该技术近些年来被提出并受到广泛关注。本文以航行体出水问题为研究对象,系统开展等压排气改善航行体出水特性及稳健性的机理研究。首先,本文数值研究等压排气气膜发展演化机制,分析排气气膜发展过程中内部组成、压力分布、旋涡结构等参数的特点及关系,建立气膜周向融合前后的流场结构简图。结果表明,等压排气是环境降压与来流剪切共同作用下的气腔被动泄气过程,其形成气膜的发展源于气体的不断注入、水流的恒定推动以及环境的持续降压作用。根据膜内组成成分及旋涡结构,气膜主体可划分为反向旋转涡对作用的气相区,回射流动主导的混合相区,以及膜尾的泄漏流动区。在条带状气束周向融合成层状气膜的过程中,膜尾闭合模式由鞍点-双螺旋结点模式向再附结点-双螺旋结点模式转化。等压排气改善航行体出水特性的机理在于气相区和混合相区气膜构成...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
潜射航行体垂直发射过程示意图
图 1-1 潜射航行体垂直发射过程示意图 图 1-2 等压排气示意图Fig.1-1 Schematic of the vertically launching process of anunderwater vehicleFig.1-2 Schematic of thepressure-equalizing exhaust1.2 空泡流问题的研究进展等压排气是高压气腔在环境降压驱动、贴体水流剪切作用下，通过排气结构进行的被动泄气过程，其形成的覆盖航行体大部分表面的边界层膜状空泡，主要归因于气体注入、贴体水流剪切以及环境降压诱导膨胀等作用。从本质上来讲，这是空泡流领域中一种特殊的通气空泡技术，空泡流的内部结构、影响因素、稳定性控制策略、研究方法等方面的研究成果同样适用于等压排气问题，可以为等压排气技术的研究和应用提供良好的指导和借鉴，因此，本章有关等压排气技术的研究进展首先从空泡流问题展开。1.2.1 空泡流问题概述空化是指液体介质中通过汽化或不可凝气体注入产生空泡的一种现象，相
逐步得到开展，目前空泡流技术在水下航行体方面，主要用于解决运动物体的减阻[22]、降载[23]、调姿[24]等问题。根据空泡的形成过程（空化数逐渐降低），可以将自然空泡分为初生空泡、片状空泡、云状空泡以及超空泡[25,26]（如图 1-3）。而根据空泡尺寸相对于运动物体的大小，还可以将通气空泡分为通气局部空泡、通气超空泡[27,28]（如图1-4）。国外有关空泡流的研究起步较早，主动通气空泡首次由 Reichardt[29]于 1945 年提出，并通过 Knapp 等[22]等在低速条件下的研究，证实了通气形成超空泡的合理性。根据当时的研究理论，通气形成空泡的空化数可以根据泡内压力进行计算，且相同空化数下，通气空化与自然空化有着较为一致的空泡界面及外界液体水动力特性。水下超空泡技术研究最早起于二战期间德国的水下射弹实验[30]，前苏联上世纪 70 年代也开展了相关研究，并研制成功了速度可达 100m/s的“暴风雪”超空泡鱼雷[31]，而对于美国，其超空泡技术在快速机载灭雷系统及自适应高速水下射弹等方面均得到较好应用[32]。近些年来超空泡流动的研究正在逐渐增多，并且获得越来越多国家的重视，有关这项技术的应用主要集中在俄罗斯、德国、美国、中国等国家。
【参考文献】：
期刊论文
[1]文氏管非定常空化流动可视化实验研究[J]. 刘上,陈炜,张兴军,赵瑞国,王玫,程晓辉,吕鹏翾. 中国科学:技术科学. 2019(02)
[2]基于满秩概率配置法的叶片安装角不确定性分析[J]. 王坤,陈浮,俞建阳,姜帅. 工程热物理学报. 2018(12)
[3]Measurement and prediction of cavitating flow-induced vibrations[J]. 吴钦,王畅畅,黄彪,王国玉,曹树良. Journal of Hydrodynamics. 2018(06)
[4]双排孔顺-逆射流组合方式对气膜冷却的影响[J]. 李广超,高志阳,张魏,张国臣,寇志海. 推进技术. 2019(03)
[5]印度潜艇部队及潜射导弹现状[J]. 姚奕,范作娥. 飞航导弹. 2018(03)
[6]水下垂直发射航行体多孔排气气泡融合特性研究[J]. 张耐民,赵阳,魏海鹏,程少华. 船舶力学. 2018(02)
[7]高速航行体水下发射水动力学研究进展[J]. 王一伟,黄晨光. 力学进展. 2018(00)
[8]非定常空化流动研究现状与进展[J]. 黄彪,吴钦,王国玉. 排灌机械工程学报. 2018(01)
[9]垂直发射水下航行体的通气空化数值模拟研究[J]. 刘涛涛,黄彪,王国玉,张孟杰. 宇航总体技术. 2017(04)
[10]边界层内水介质在压差驱动下沿小孔向气腔射流问题研究[J]. 鲍文春,刘元清,李岩,武龙龙. 宇航总体技术. 2017(04)
博士论文
[1]水中航行体主动通气空泡流试验与数值方法研究[D]. 张忠宇.哈尔滨工程大学 2018
[2]水下航行体边界层通气流体动力及弹道特性研究[D]. 张耐民.哈尔滨工业大学 2017
[3]附着型非定常空化流体动力特性与机理研究[D]. 陈广豪.北京理工大学 2016
[4]水电工程边坡可靠度非侵入式随机分析方法[D]. 蒋水华.武汉大学 2014
[5]基于多项式混沌展开的人员疏散时间不确定性研究[D]. 谢启苗.中国科学技术大学 2014
[6]复杂多相空泡流的数值模拟方法研究[D]. 郭建红.上海交通大学 2013
[7]超空泡航行体通气空泡流仿真研究[D]. 向敏.国防科学技术大学 2011
[8]基于嵌套式稀疏网格随机配置法的集成电路建模与模拟算法研究[D]. 罗旭.复旦大学 2009
[9]横流冲击射流涡旋结构的实验和数值研究[D]. 张燕.上海大学 2005
硕士论文
[1]平板多孔射流气液多相流动特性研究[D]. 王文俊.哈尔滨工业大学 2018
[2]均压排气气泡在水下航行体表面的融合特性研究[D]. 龚瑞岩.哈尔滨工程大学 2018
[3]高速出水航行体表面均匀排气控制方法实验研究[D]. 胡少峰.哈尔滨工程大学 2018
[4]航行体空腔排气过程气液流动特性研究[D]. 陈宏洋.哈尔滨工业大学 2017
[5]非定常出水柱体周向多孔排气流态特性研究[D]. 时俊雯.哈尔滨工程大学 2017
[6]平板通气气泡发展及稳定性研究[D]. 齐海阔.北京理工大学 2016
[7]水下发射航行体通气空泡流动特性研究[D]. 崔震宇.北京理工大学 2016
[8]水下航行体多级非对称通气流动控制实验研究[D]. 刘小菲.哈尔滨工业大学 2015
[9]均压气体对考虑波浪的航行体水动力特性影响机制研究[D]. 秦勇.哈尔滨工业大学 2014
[10]通气潜射航行体垂直发射过程流体动力特性数值模拟[D]. 尚瑞通.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3131968
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
潜射航行体垂直发射过程示意图
图 1-1 潜射航行体垂直发射过程示意图 图 1-2 等压排气示意图Fig.1-1 Schematic of the vertically launching process of anunderwater vehicleFig.1-2 Schematic of thepressure-equalizing exhaust1.2 空泡流问题的研究进展等压排气是高压气腔在环境降压驱动、贴体水流剪切作用下，通过排气结构进行的被动泄气过程，其形成的覆盖航行体大部分表面的边界层膜状空泡，主要归因于气体注入、贴体水流剪切以及环境降压诱导膨胀等作用。从本质上来讲，这是空泡流领域中一种特殊的通气空泡技术，空泡流的内部结构、影响因素、稳定性控制策略、研究方法等方面的研究成果同样适用于等压排气问题，可以为等压排气技术的研究和应用提供良好的指导和借鉴，因此，本章有关等压排气技术的研究进展首先从空泡流问题展开。1.2.1 空泡流问题概述空化是指液体介质中通过汽化或不可凝气体注入产生空泡的一种现象，相
逐步得到开展，目前空泡流技术在水下航行体方面，主要用于解决运动物体的减阻[22]、降载[23]、调姿[24]等问题。根据空泡的形成过程（空化数逐渐降低），可以将自然空泡分为初生空泡、片状空泡、云状空泡以及超空泡[25,26]（如图 1-3）。而根据空泡尺寸相对于运动物体的大小，还可以将通气空泡分为通气局部空泡、通气超空泡[27,28]（如图1-4）。国外有关空泡流的研究起步较早，主动通气空泡首次由 Reichardt[29]于 1945 年提出，并通过 Knapp 等[22]等在低速条件下的研究，证实了通气形成超空泡的合理性。根据当时的研究理论，通气形成空泡的空化数可以根据泡内压力进行计算，且相同空化数下，通气空化与自然空化有着较为一致的空泡界面及外界液体水动力特性。水下超空泡技术研究最早起于二战期间德国的水下射弹实验[30]，前苏联上世纪 70 年代也开展了相关研究，并研制成功了速度可达 100m/s的“暴风雪”超空泡鱼雷[31]，而对于美国，其超空泡技术在快速机载灭雷系统及自适应高速水下射弹等方面均得到较好应用[32]。近些年来超空泡流动的研究正在逐渐增多，并且获得越来越多国家的重视，有关这项技术的应用主要集中在俄罗斯、德国、美国、中国等国家。
【参考文献】：
期刊论文
[1]文氏管非定常空化流动可视化实验研究[J]. 刘上,陈炜,张兴军,赵瑞国,王玫,程晓辉,吕鹏翾. 中国科学:技术科学. 2019(02)
[2]基于满秩概率配置法的叶片安装角不确定性分析[J]. 王坤,陈浮,俞建阳,姜帅. 工程热物理学报. 2018(12)
[3]Measurement and prediction of cavitating flow-induced vibrations[J]. 吴钦,王畅畅,黄彪,王国玉,曹树良. Journal of Hydrodynamics. 2018(06)
[4]双排孔顺-逆射流组合方式对气膜冷却的影响[J]. 李广超,高志阳,张魏,张国臣,寇志海. 推进技术. 2019(03)
[5]印度潜艇部队及潜射导弹现状[J]. 姚奕,范作娥. 飞航导弹. 2018(03)
[6]水下垂直发射航行体多孔排气气泡融合特性研究[J]. 张耐民,赵阳,魏海鹏,程少华. 船舶力学. 2018(02)
[7]高速航行体水下发射水动力学研究进展[J]. 王一伟,黄晨光. 力学进展. 2018(00)
[8]非定常空化流动研究现状与进展[J]. 黄彪,吴钦,王国玉. 排灌机械工程学报. 2018(01)
[9]垂直发射水下航行体的通气空化数值模拟研究[J]. 刘涛涛,黄彪,王国玉,张孟杰. 宇航总体技术. 2017(04)
[10]边界层内水介质在压差驱动下沿小孔向气腔射流问题研究[J]. 鲍文春,刘元清,李岩,武龙龙. 宇航总体技术. 2017(04)
博士论文
[1]水中航行体主动通气空泡流试验与数值方法研究[D]. 张忠宇.哈尔滨工程大学 2018
[2]水下航行体边界层通气流体动力及弹道特性研究[D]. 张耐民.哈尔滨工业大学 2017
[3]附着型非定常空化流体动力特性与机理研究[D]. 陈广豪.北京理工大学 2016
[4]水电工程边坡可靠度非侵入式随机分析方法[D]. 蒋水华.武汉大学 2014
[5]基于多项式混沌展开的人员疏散时间不确定性研究[D]. 谢启苗.中国科学技术大学 2014
[6]复杂多相空泡流的数值模拟方法研究[D]. 郭建红.上海交通大学 2013
[7]超空泡航行体通气空泡流仿真研究[D]. 向敏.国防科学技术大学 2011
[8]基于嵌套式稀疏网格随机配置法的集成电路建模与模拟算法研究[D]. 罗旭.复旦大学 2009
[9]横流冲击射流涡旋结构的实验和数值研究[D]. 张燕.上海大学 2005
硕士论文
[1]平板多孔射流气液多相流动特性研究[D]. 王文俊.哈尔滨工业大学 2018
[2]均压排气气泡在水下航行体表面的融合特性研究[D]. 龚瑞岩.哈尔滨工程大学 2018
[3]高速出水航行体表面均匀排气控制方法实验研究[D]. 胡少峰.哈尔滨工程大学 2018
[4]航行体空腔排气过程气液流动特性研究[D]. 陈宏洋.哈尔滨工业大学 2017
[5]非定常出水柱体周向多孔排气流态特性研究[D]. 时俊雯.哈尔滨工程大学 2017
[6]平板通气气泡发展及稳定性研究[D]. 齐海阔.北京理工大学 2016
[7]水下发射航行体通气空泡流动特性研究[D]. 崔震宇.北京理工大学 2016
[8]水下航行体多级非对称通气流动控制实验研究[D]. 刘小菲.哈尔滨工业大学 2015
[9]均压气体对考虑波浪的航行体水动力特性影响机制研究[D]. 秦勇.哈尔滨工业大学 2014
[10]通气潜射航行体垂直发射过程流体动力特性数值模拟[D]. 尚瑞通.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3131968
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