高速航行體出水空化載荷特性研究.pdf_第1頁(yè)
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1、近些年來(lái),在船舶與海洋工程領(lǐng)域水下高速航行體的研究越來(lái)越受到關(guān)注,準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)航行體的水動(dòng)力性能和彈道變化是關(guān)鍵技術(shù)之一。航行體在水下高速運(yùn)行時(shí),在局部會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象,空化作用下的航行體出水是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程,涉及到液、汽、氣三相間的相互作用和物態(tài)轉(zhuǎn)化,同時(shí)伴隨著高頻載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊,易造成結(jié)構(gòu)的破壞。本文采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法對(duì)考慮空化作用下的高速航行體出水載荷進(jìn)行研究,利用數(shù)值仿真獲得航行體的水彈道、載荷變化規(guī)律,對(duì)于船舶與

2、海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供技術(shù)支持。
  首先,基于粘性不可壓理論,采用CFD方法,引入了Zwart-Gerber-Belamri空化模型,建立了高速航行體出水空化的數(shù)值模型。應(yīng)用該模型對(duì)航行體空化特性的進(jìn)行數(shù)值模擬研究,并與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。然后,采用此模型分別對(duì)軸對(duì)稱、有攻角情況下的高速水下航行體進(jìn)行定??栈芯?,總結(jié)空泡形態(tài)變化規(guī)律,分析其水動(dòng)力性能。
  其次,采用90°錐形頭的航行體進(jìn)行垂直出水實(shí)驗(yàn),

3、與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證在非定??栈瘑?wèn)題中該數(shù)值模型的準(zhǔn)確性。然后對(duì)二維軸對(duì)稱航行體出水空化這一非定常問(wèn)題進(jìn)行研究,得到了在水下運(yùn)行和穿越水面兩個(gè)階段不同時(shí)刻航行體表面的空泡形態(tài),提取了典型節(jié)點(diǎn)壓力的時(shí)歷曲線,對(duì)空泡潰滅進(jìn)行機(jī)理性研究。最后研究了不同發(fā)射速度對(duì)航行體載荷和空泡的影響規(guī)律。
  再次,針對(duì)給定攻角的航行體進(jìn)行空化出水頭部載荷研究,討論攻角與迎背流面空泡潰滅載荷、潰滅時(shí)間的關(guān)系。然后建立航行體的多自由度的三維出水模

4、型,研究考慮空化作用下的航行體的出水彈道、載荷變化和出水姿態(tài)。在此基礎(chǔ)上,又研究了空化因素和橫向速度對(duì)航行體出水載荷和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響規(guī)律,為工程中實(shí)際的海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)提供參考。
  最后,分別基于線性波理論、Stokes波理論,運(yùn)用速度邊界法模擬波浪,通過(guò)模擬值與理論值的對(duì)比,驗(yàn)證方法準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,建立三維數(shù)值波浪水池,分析在5級(jí)海況下考慮空化作用的航行體水動(dòng)力性能和出水姿態(tài)。然后,對(duì)比分析波浪等級(jí)和相位對(duì)航行體所受載荷和運(yùn)

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