无动力运载器水下发射弹道建模与数值模拟研究
发布时间：2021-05-08 06:56
导弹水下无动力发射作为一种水下对空攻击方案,具有高度隐蔽的特点,近年在国防领域备受关注。本文针对导弹运载器水下无动力发射,提出两种总体方案。运用数值模拟和工程估算方法,对该两种方案展开设计论证工作,力求为导弹运载器水下无动力发射总体方案设计提供帮助,为后续的模型实验提供有效的数据参考,达到节省实验成本,缩短实验周期的目的。在工程估算方面,本文开发了运载器水下无动力发射运动仿真程序。采用四元数方法求解运载器的运动学和动力学方程,解决了在大迎角下运动姿态出现奇点的问题。并将运载器流体动力分成三部分,对各部分流体动力采用不同的方法尽可能准确的获得参数的预估计值。其中,六自由度模块和水动力模块分别做了算例验证,得到了满意的结果。数值模拟方法中,本文采用有限体积法求解非定常雷诺平均N-S方程和标准k-?湍流模型,流体体积模型捕捉水气交界面,动网格技术处理运载器与水面的相对运动。并采用潜艇水动力计算、二维楔形体入水以及三维平板着水为算例,验证了该方法的可行性和准确性。基于上述方法,考察两种设计方案运载器出水速度及姿态是否满足设计要求,配重块配置方案对运载器下沉运动的影响。并对此运动过程中的流体流动...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 水下发射技术概述
1.3 出入水问题国内外研究现状
1.3.1 试验方面
1.3.2 理论方面
1.3.3 数值计算方法方面
1.3.4 潜射导弹数值方法研究概况
1.4 本文主要研究工作
第二章 运载器水下发射弹道仿真方法与建模
2.1 六自由度运动方程
2.1.1 坐标系的定义及变换
2.1.2 动力学方程
2.1.3 运动学方程
2.2 流体动力计算模型
2.2.1 浮力和重力的分析和计算
2.2.2 运载器壳体流体动力计算
2.2.3 出水段运载器受力模型
2.2.4 运载器尾鳍流体动力的分析
2.2.5 大攻角运载器水动力计算模型
2.3 运动学方程及求解
2.4 水下发射弹道仿真程序开发
2.5 算例验证
2.5.1 六自由度模块算例验证
2.5.2 水动力模块算例验证
2.6 本章小结
第三章 运载器水下发射数值模拟方法
3.1 流体控制方程
3.1.1 连续性方程
3.1.2 动量方程
3.1.3 湍流模型
3.1.4 离散方法
3.1.5 离散格式
3.2 VOF方法
3.3 动网格
3.4 网格布局和边界条件
3.4.1 网格布局
3.4.2 边界条件
3.4.3 初始条件
3.5 算例验证
3.5.1 潜艇水动力计算
3.5.2 二维楔形体入水
3.5.3 三维平板着水
3.6 本章小结
第四章 运载器水下发射方案设计及论证研究
4.1 运载器水下发射方案
4.2 出水速度
4.3 上浮稳定性问题
4.3.1 方案一运载器有初始俯仰角上浮
4.3.2 方案二运载器有初始俯仰角上浮
4.4 上浮及出水过程流场特性
4.5 配重块配置方案
4.5.1 方案一结果分析
4.5.2 方案二结果分析
4.6 下沉过程流场特性
4.7 两种方案结果对比
4.8 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速平板着水数值模拟[J]. 卢昱锦,肖天航,李正洲. 航空学报. 2017(S1)
[2]潜射巡航导弹水下发射技术现状和发展趋势[J]. 刘勇志,蒋兵兵. 飞航导弹. 2012(12)
[3]波浪模拟及其对水下航行体出水过程影响[J]. 权晓波,孔德才,李岩. 哈尔滨工业大学学报. 2011(03)
[4]潜射导弹出水过程水弹道及流体动力研究进展[J]. 郑帮涛. 导弹与航天运载技术. 2010(05)
[5]导弹水下运动及出水过程的三维流场仿真[J]. 杨晓光,陈焕龙,刘华坪,赵成佳,陈浮. 弹道学报. 2010(01)
[6]导弹水中弹道的有限元数值计算[J]. 龚红良,王瑞臣,张笑. 四川兵工学报. 2009(11)
[7]飞机水面降落的机身载荷研究[J]. 贺谦,陈效鹏,李磊,岳珠峰. 强度与环境. 2009(04)
[8]海流对水弹道的影响数值分析[J]. 张月华. 四川兵工学报. 2009(03)
[9]导弹水中阻力特性分析[J]. 赵志敏,冯会全,冯旭. 战术导弹技术. 2009(01)
[10]入水冲击问题研究的现状与进展[J]. 王永虎,石秀华. 爆炸与冲击. 2008(03)
博士论文
[1]航行体出入水空泡载荷特性及缩比试验研究[D]. 赵蛟龙.哈尔滨工程大学 2016
[2]导弹水下热发射多相流场与动力特性研究[D]. 邓佳.北京理工大学 2015
[3]三维数值水池及船舶操纵性水动力数值计算[D]. 廉静静.大连海事大学 2013
[4]多介质环境下潜射导弹动力学及非线性控制方法研究[D]. 白瑜亮.哈尔滨工业大学 2013
[5]物体穿过自由表面的多相流体动力学问题研究[D]. 陈宇翔.哈尔滨工程大学 2012
[6]潜射导弹运载器水弹道动力系统建模及其应用研究[D]. 傅慧萍.西北工业大学 2000
硕士论文
[1]机器海豚出水运动模拟及其换能机制研究[D]. 曹渝华.东南大学 2015
[2]基于SPH的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用[D]. 陆召严.南京航空航天大学 2015
[3]水弹道建模与仿真方法研究[D]. 宋海龙.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于非结构嵌套网格的六自由度武器投放过程数值研究[D]. 杨磊.南京航空航天大学 2014
[5]结构物出水过程的数值模拟[D]. 邹星.大连理工大学 2013
[6]无动力水下运载器的动力学建模与仿真分析[D]. 胡海龙.哈尔滨工业大学 2010
[7]波浪模拟及其对航行体出水过程的影响研究[D]. 姜涛.哈尔滨工业大学 2010
[8]潜射导弹水下发射及出水过程三维数值研究[D]. 杨晓光.哈尔滨工业大学 2009
[9]潜射导弹发射与出水载荷研究[D]. 殷崇一.西北工业大学 2004
本文编号：3174887
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 水下发射技术概述
1.3 出入水问题国内外研究现状
1.3.1 试验方面
1.3.2 理论方面
1.3.3 数值计算方法方面
1.3.4 潜射导弹数值方法研究概况
1.4 本文主要研究工作
第二章 运载器水下发射弹道仿真方法与建模
2.1 六自由度运动方程
2.1.1 坐标系的定义及变换
2.1.2 动力学方程
2.1.3 运动学方程
2.2 流体动力计算模型
2.2.1 浮力和重力的分析和计算
2.2.2 运载器壳体流体动力计算
2.2.3 出水段运载器受力模型
2.2.4 运载器尾鳍流体动力的分析
2.2.5 大攻角运载器水动力计算模型
2.3 运动学方程及求解
2.4 水下发射弹道仿真程序开发
2.5 算例验证
2.5.1 六自由度模块算例验证
2.5.2 水动力模块算例验证
2.6 本章小结
第三章 运载器水下发射数值模拟方法
3.1 流体控制方程
3.1.1 连续性方程
3.1.2 动量方程
3.1.3 湍流模型
3.1.4 离散方法
3.1.5 离散格式
3.2 VOF方法
3.3 动网格
3.4 网格布局和边界条件
3.4.1 网格布局
3.4.2 边界条件
3.4.3 初始条件
3.5 算例验证
3.5.1 潜艇水动力计算
3.5.2 二维楔形体入水
3.5.3 三维平板着水
3.6 本章小结
第四章 运载器水下发射方案设计及论证研究
4.1 运载器水下发射方案
4.2 出水速度
4.3 上浮稳定性问题
4.3.1 方案一运载器有初始俯仰角上浮
4.3.2 方案二运载器有初始俯仰角上浮
4.4 上浮及出水过程流场特性
4.5 配重块配置方案
4.5.1 方案一结果分析
4.5.2 方案二结果分析
4.6 下沉过程流场特性
4.7 两种方案结果对比
4.8 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速平板着水数值模拟[J]. 卢昱锦,肖天航,李正洲. 航空学报. 2017(S1)
[2]潜射巡航导弹水下发射技术现状和发展趋势[J]. 刘勇志,蒋兵兵. 飞航导弹. 2012(12)
[3]波浪模拟及其对水下航行体出水过程影响[J]. 权晓波,孔德才,李岩. 哈尔滨工业大学学报. 2011(03)
[4]潜射导弹出水过程水弹道及流体动力研究进展[J]. 郑帮涛. 导弹与航天运载技术. 2010(05)
[5]导弹水下运动及出水过程的三维流场仿真[J]. 杨晓光,陈焕龙,刘华坪,赵成佳,陈浮. 弹道学报. 2010(01)
[6]导弹水中弹道的有限元数值计算[J]. 龚红良,王瑞臣,张笑. 四川兵工学报. 2009(11)
[7]飞机水面降落的机身载荷研究[J]. 贺谦,陈效鹏,李磊,岳珠峰. 强度与环境. 2009(04)
[8]海流对水弹道的影响数值分析[J]. 张月华. 四川兵工学报. 2009(03)
[9]导弹水中阻力特性分析[J]. 赵志敏,冯会全,冯旭. 战术导弹技术. 2009(01)
[10]入水冲击问题研究的现状与进展[J]. 王永虎,石秀华. 爆炸与冲击. 2008(03)
博士论文
[1]航行体出入水空泡载荷特性及缩比试验研究[D]. 赵蛟龙.哈尔滨工程大学 2016
[2]导弹水下热发射多相流场与动力特性研究[D]. 邓佳.北京理工大学 2015
[3]三维数值水池及船舶操纵性水动力数值计算[D]. 廉静静.大连海事大学 2013
[4]多介质环境下潜射导弹动力学及非线性控制方法研究[D]. 白瑜亮.哈尔滨工业大学 2013
[5]物体穿过自由表面的多相流体动力学问题研究[D]. 陈宇翔.哈尔滨工程大学 2012
[6]潜射导弹运载器水弹道动力系统建模及其应用研究[D]. 傅慧萍.西北工业大学 2000
硕士论文
[1]机器海豚出水运动模拟及其换能机制研究[D]. 曹渝华.东南大学 2015
[2]基于SPH的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用[D]. 陆召严.南京航空航天大学 2015
[3]水弹道建模与仿真方法研究[D]. 宋海龙.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于非结构嵌套网格的六自由度武器投放过程数值研究[D]. 杨磊.南京航空航天大学 2014
[5]结构物出水过程的数值模拟[D]. 邹星.大连理工大学 2013
[6]无动力水下运载器的动力学建模与仿真分析[D]. 胡海龙.哈尔滨工业大学 2010
[7]波浪模拟及其对航行体出水过程的影响研究[D]. 姜涛.哈尔滨工业大学 2010
[8]潜射导弹水下发射及出水过程三维数值研究[D]. 杨晓光.哈尔滨工业大学 2009
[9]潜射导弹发射与出水载荷研究[D]. 殷崇一.西北工业大学 2004
本文编号：3174887
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