拖曳式線列陣聲納非線性水動力學(xué)特性數(shù)值研究.pdf

1、拖曳式線列陣聲納是廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和國防的一種水下高技術(shù)密集型裝備，研究其水動力學(xué)特性是拖曳式線列陣聲納系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用的基礎(chǔ)。本文采用數(shù)值手段研究了兩種形式的拖曳式線列陣聲納（單線陣和多線陣）的非線性水動力學(xué)特性，主要工作如下：
　　1)首先概述了拖曳式線列陣聲納，綜述了水下纜索動力學(xué)的研究現(xiàn)狀，對比并評價(jià)了主流的纜索動力學(xué)建模方法。
　　2)基于微元法，分別采用歐拉角和歐拉參數(shù)兩種表示方法，在拉格朗日坐標(biāo)系下推導(dǎo)了考慮

2、彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度以及幾何、材料、邊界、載荷等多種非線性因素的三維纜索動力學(xué)偏微分控制方程組。
　　3)編寫了求解該拖纜動力學(xué)控制方程的Matlab程序?；谟邢薏罘?box scheme對控制方程組進(jìn)行有限差分離散，列出線列陣首尾兩端邊界條件，編寫了松弛法求解偏微分方程組邊值問題的求解程序。
　　4)分析了單線陣的水動力學(xué)性能。基于編寫的Matlab代碼，計(jì)算了單線拖曳陣在穩(wěn)態(tài)直航、360°回轉(zhuǎn)時(shí)的動力響應(yīng)，對拖速、海流、回轉(zhuǎn)

3、半徑等參數(shù)做了敏感性分析。首次提出了閉環(huán)效應(yīng)和閉環(huán)半徑的概念來分析拖線陣的回轉(zhuǎn)特性。
　　5)初步分析了多分枝拖曳線列陣的水動力學(xué)性能。以O(shè)rcaflex為工具，建立了一個(gè)比較初步的左右對稱型四分枝拖曳線列陣模型，分析了拖速、波高對穩(wěn)態(tài)直航時(shí)該系統(tǒng)動力學(xué)性能的影響。
　　通過上述研究，得到的主要結(jié)論如下：
　　1)有限差分纜索動力學(xué)模型中，歐拉參數(shù)表達(dá)法可以避免歐拉角法在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中可能造成的奇異性問題，此外納入了非

4、線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，可使纜索模型更具一般性。
　　2)穩(wěn)態(tài)直航工況下，拖速對多線陣動力學(xué)性能的影響與對單線陣動力學(xué)性能的影響趨勢相似。波浪會減小多線陣各列陣之間的間距，減弱系統(tǒng)的展開程度。
　　3)靜水條件下，拖速降低到一定程度時(shí)，拖線陣深度進(jìn)入回轉(zhuǎn)工況后呈先下降后上升的V型變化。當(dāng)回轉(zhuǎn)半徑增加，這種 V型變化趨勢將隨回轉(zhuǎn)半徑的增大而減弱。拖線陣的閉環(huán)半徑隨著拖船回轉(zhuǎn)半徑減小而減小。
　　4)在單線陣的回轉(zhuǎn)機(jī)動中，海流