航空母舰气流场仿真及评估方法研究

发布时间：2020-05-29 15:29

【摘要】：舰载机在航母上起飞、着舰过程相对陆地上的起飞、降落更为复杂,其安全性备受重视。而舰船甲板气流场特性对舰载机能否安全起降、发挥实际作战效能起到了关键作用。风流过舰船甲板和岛型建筑边缘会引发复杂的随风向变化的流场,对舰载机在船上和船体周围的操作有很大影响;岛式建筑物的不同形状和布局会对附近的流场产生影响;同时,滑跃起飞的甲板艏部需要设计成具有上翘角的形式,舰艏部的气流场受到的影响很明显。在上述因素的影响下,可以看出甲板气流场是航空母舰设计时需要解决的问题之一。本文针对航空母舰实际作业所面临问题,对定常状态下气流场进行研究,针对固定翼舰载机的气动要求,提出气流场评估指标体系;借助气流场评估指标体系和CFD数值计算,对一些航母气流场数值计算的理论问题和一些总体设计要素对气流场影响问题进行讨论并得出相应结论。具体完成了如下工作:1、根据固定翼舰载机的飞行原理与起降特点,提出了固定翼舰载机起降对气流场的要求;2、提出完整的航母气流场评估模型,并通过实例计算,验证了所提出的航母气流场评估模型的有效性;3、提出并验证在气流场的研究与计算中,边界层理论是不适用的;提出并验证相似准数的研究是没有意义的;给出了气流场计算中计算域设置的建议;4、提出并验证在各种工况下不同舰岛形式对气流场的影响;提出并验证在航母气流场中,桅杆对于降落航线部分会产生影响,不可忽略;提出并验证在舰载机起降典型的三种工况下,中部舷台对于气流场影响较大。
【图文】：

舰载机,安全甲板,风包,海军

ＣＦＤ数值模拟研究的国家和机构主要还包括美海军安纳波利斯海军学院，英国利物浦大逡逑学、南安普顿大学、克兰菲尔德技术学院，以及西班牙、澳大利亚、加拿大等国的研究逡逑机构。通过对舰船气流场的研究，可以确定安全起降飞行包络，如图１．１所示，以及指逡逑导舰载机起降作业，能够支持舰船舰载机的相关设计，提高舰机适配性能。另外，舰船逡逑甲板气流场数据还被运用在离线舰载机起降评估、飞行模拟器起降训练等虚拟环境中，逡逑提高虚拟仿真的真实性。逡逑１逡逑

气流场,舰船

１．２．１．２缩比模型风洞测试或实船海上测试逡逑上世纪６０年代，美国海军开始对航母气流场对舰载机舰面作业的影响逐渐关注，逡逑从ＣＶ６１邋“突击者”号开始（图１．２所示），对航母气流场进行了实船测量，并作为美逡逑国海军对多型航母进行风洞试验的一种补充和验证。实船测量是在实际气流场环境中进逡逑行的，无需考虑相似性，测量数据误差小，，测量条件不受限制，可靠度高。但是需要布逡逑置安装成套的仪器设备以及专门的兵力配合，试验航次期间舰船测量区域的其他作业往逡逑往无法进行，要进行较全面的数据采集其成本太高。所以实船测量不并适合作为主要的逡逑舰船气流场研究方法，而应作为其他方法的一种补充和验证手段。逡逑图１．２海上实船气流场测量逡逑风洞试验是另一种较为广泛的舰船气流场研宄分析方法，如图１．３所示，它是通过逡逑制作实际舰船的缩尺模型在大气边界层风洞中进行的，通过必要的手段产生与实际情况逡逑相似的风场，然后通过布置在模型表面及其周围的试验仪器测量风速、风压等相关数据。逡逑该方法是对新船型气流场特性研宄的首选；在进行在役舰船气流场的研究和改进时
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U674.771

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