超空泡航行体倾斜出水过程动力特性研究

发布时间：2017-07-27 17:31

  本文关键词：超空泡航行体倾斜出水过程动力特性研究

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【摘要】：当物体运动速度达到一定程度时，就会产生空化现象，又称汽蚀现象，汽蚀会对机械造成损伤，早期人们都极力避免空化现象的发生。当发现超空泡能够实现减阻的特性之后，研究人员开始对超空泡进行大量的研究，尤其在军事鱼雷等军事应用方面较为显著。但是在众多水下航行体运动过程问题大都集中在垂直出水或入水，对航行体的倾斜出水方面研究的较少。在倾斜出水过程中，航行体的惯性力方向与重力方向不一致，受力与垂直出水过程相比更为复杂，使航行体在出水过程中超空泡的轮廓形态受到一定的影响。基于以上背景，本文对超空泡航行体倾斜出水过程进行了一定的研究。 本文通过可视化实验装置对不同头型，不同长径比，不同发射速度以及不同发射角度的航行体的倾斜出水过程进行了观察，并通过高速摄影仪拍下此过程。研究了这些因素对超空泡的形成及溃灭的影响，计算分析了在这些因素影响下的水动力学参数的变化规律，并通过数值模拟对部分工况进行了验证。实验研究发现倾斜出水的航行体会产生很长的空泡尾迹，在穿过液面的过程中会产生非对称型喷溅。倾斜出水的航行体产生的空泡不是轴对称的，而是上面厚下面薄的空泡形状，随着越来越接近液面，空泡的非对称性越来越明显，在航行体头部表现的更加明显。发现对于相同液面高度，不同头型产生完整闭合的超空泡的压力不同，当超空泡在水中没有闭合时，在航行体出水之后，空泡尾迹会继续运动并与空泡尾迹后部断裂，产生闭合现象。发现倾斜出水时，重力对阻力系数的影响作用可以忽略。将测量实验产生的超空泡轮廓外形与Logvinovich的经验公式进行对比后发现轮廓的整体形状较为接近，但是实验值中超空泡的下半部分比理论研究值略小。利用数值模拟的方法模拟了不同头型，不同发射角度的航行体的倾斜出水过程，对超空泡的生成、发展以及溃灭有了直观的了解。航行体在倾斜出水运动时，空泡先在航行体的尾部生成，然后在双肩产生，继而生长发展至超空泡，并将之与实验对照，，发现超空泡的不对称性，验证了数值模拟方法的正确性。另外，还分析了航行体的压力分布图，解释了航行体产生不对称空泡的原因。
【关键词】：超空泡 倾斜出水 动力特性 空泡形态 数值模拟
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究的背景、目的及意义9-12
• 1.1.1 研究的背景9-11
• 1.1.2 研究的目的及意义11-12
• 1.2. 国内外研究的现状12-14
• 1.2.1 国外实验研究现状12-13
• 1.2.2 国内实验及理论研究现状13-14
• 1.3 出水过程数值模拟的研究现状14-16
• 1.4 本论文的创新点及研究的主要内容16-18
• 第2章 超空泡航行体运动的理论研究分析18-28
• 2.1 超空泡的影响因素19-20
• 2.2 超空泡的形态轮廓及外形尺寸20-23
• 2.3 超空泡航行体出水载荷分析23-25
• 2.4 超空泡航行体的稳定性理论研究25-28
• 第3章 超空泡航行体倾斜出水过程的实验研究28-69
• 3.1 实验模型28-29
• 3.2 实验装置与试验方法29-31
• 3.2.1 实验发生装置29-31
• 3.3 超空泡航行体出水过程的稳定性影响分析31-46
• 3.3.1 不同头型对超空泡航行体出水的影响31-36
• 3.3.2 长径比对倾斜超空泡出水的影响36-39
• 3.3.3 不同初速度对超空泡航行体的影响39-44
• 3.3.4 发射角度对超空泡航行体的影响44-46
• 3.4 航行体出水过程中参数的变化分析46-65
• 3.4.1 头型对航行体出水过程中参数的影响46-55
• 3.4.2 长径比对航行体出水过程中参数的影响55-58
• 3.4.3 初速度对航行体出水过程中参数的影响58-63
• 3.4.4 发射角度对航行体出水过程参数的影响63-65
• 3.5 航行体出水前空泡轮廓的发展情况及分析65-69
• 第4章 超空泡航行体出水过程的数值研究69-84
• 4.1 超空泡倾斜出水过程数值模拟的理论研究69-75
• 4.1.1 基本控制方程：69-70
• 4.1.2 湍流模型70-71
• 4.1.3 多相流模型与空化模型71-73
• 4.1.4 动网格技术73-75
• 4.2 航行体倾斜出水时计算模型、网格划分、边界条件75-77
• 4.2.1 数值模拟计算模型75
• 4.2.2 数值模拟网格划分和边界条件75-76
• 4.2.3 数值计算方法设置76-77
• 4.3 超空泡航行体出水数值结果分析77-84
• 第5章 总结与展望84-86
• 5.1 本文总结84-85
• 5.2 本文研究展望85-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士论文期间取得的研究成果92

【参考文献】

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本文编号：582595