一种验证三维地效翼船模型纵向稳定性的方法

发布时间：2017-07-17 11:09

  本文关键词：一种验证三维地效翼船模型纵向稳定性的方法

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【摘要】：地效翼船是一种集飞机与船舶优点于一身的两栖运载工具。解决飞行稳定性问题是地效翼船设计中的一个重点难点。地效翼船高速掠海飞行时安全高度储备不足，因此良好的自动控制系统和纵向稳定性能是保证地效翼船安全的重要前提。地效翼船在地效区内气动特性随高度和攻角改变呈非线性剧烈变化，周围流场复杂，目前尚无足够的统计数据和经验公式用于估算其外形和气动性能参数。文章用数值模拟的方式研究了考虑主翼、尾翼、船体在内的地效翼船在地效区航行时的纵向稳定性。 目前验证地效翼船稳定性主要依赖试验方法，如风洞试验或带有动力装置的模型试验。进行不同攻角、飞行速度、飞行高度的地效翼船模型实验所需要的风洞实验时间长，成本高。随着计算机性能的不断提高，数值模拟方法越来越受到重视。与实验方法相比，数值模拟方法成本较低，并且对模型尺寸、外形没有限制。文章的研究目的是采用数值模拟的方法分析地效翼船的纵向稳定性，作为初步设计的辅助手段为吹风实验提供良好的模型数据。 文章研究内容包括对二维翼型截面的数值模拟和对三维整船的数值模拟。 文章通过二维数值模拟计算对NACA0012翼型在有无地面效应影响状态下分别进行了研究。将无地面效应的计算数据与试验数据对比，验证了数值模拟的有效性并选择湍流模型Transition k-kl-omega进行后续计算。研究受到地面效应影响时翼型截面气动力性能随攻角、飞行高度、飞行速度变化的特征。 文章通过三维数值模拟计算对全尺寸地效翼船模型纵向稳定性进行了研究。研究方法的过程如下，初步设计一艘概念地效翼船，首先建立Solidworks模型，，利用ANSYS中的Workbench进行网格划分，最后由Fluent进行数值模拟计算。计算同时考虑到了机翼、尾翼、机身的气动力响应。根据计算结果判定概念地效翼船的初步设计是否满足纵向稳定性要求，如果不满足则为设计提出修改意见。 文章得出受到地面效应影响时NACA0012翼型截面气动力特性及概念地效翼船三维模型气动力特性的变化规律，并指出此设计模型在纵向稳定性方面的局限性。三维数值模拟结果表明在飞行高度大于1m时，纵向稳定性条件不能满足，这样的飞行高度限制显然不能适应实际的航行需求。指出设计应该通过改变气动力布局、改良翼型等手段实现攻角焦点向后移动直至满足稳定性要求的修改方向。为地效翼船吹风试验模型的改良提供了一种可靠的数值模拟途径。
【关键词】：地效翼船 数值模拟 气动力特性 纵向稳定性
【学位授予单位】：浙江海洋学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.942
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 地面效应以及地效翼船的特征14-15
• 1.2 典型地效翼船介绍15-17
• 1.3 地效翼船的应用范围17-18
• 1.3.1 民用领域17-18
• 1.3.2. 军用领域18
• 1.4 国内外主要研究现状18-20
• 1.5 选题意义及主要内容20-22
• 第二章 地效翼船的分类22-31
• 2.1 地效翼船的分类22-24
• 2.1.1 依据气动力布局22-23
• 2.1.2 依据飞行高度23-24
• 2.2 各国地效翼船的布局形式及其特征24-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 地效翼船纵向稳定性理论计算与数值计算31-43
• 3.1 普通飞机的纵向稳定性满足条件理论推导31-32
• 3.2 地效翼船纵向稳定性满足条件理论推导32-37
• 3.2.1 俯仰稳定性计算32-34
• 3.2.2 飞高稳定性计算34-37
• 3.3 数值模拟计算过程37-38
• 3.4 流体计算软件 Fluent 设置方法及计算过程控制38-39
• 3.5 湍流模型的介绍分析与选择39-42
• 3.5.1 单方程模型（Spalart-Allmaras）39-40
• 3.5.2 Standard k-δ 模型40
• 3.5.3 雷诺应力模型（RSM）40-41
• 3.5.4 大涡模拟（LES）41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 二维模型数值模拟与结果分析43-50
• 4.1 不考虑地效的翼型气动特性计算43-46
• 4.2 考虑地效的翼型气动特性计算46-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 三维数值计算方法过程与结果分析50-67
• 5.1 概念船舶设计50-53
• 5.2 模型建立53-55
• 5.3 3D 模型的数值模拟55-66
• 5.3.1 边界条件设置及计算过程控制55
• 5.3.2 工况设置55-56
• 5.3.3 三维模型数值模拟计算结果及分析56-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 在读期间发表的学术论文及研究成果74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：553289