近自由表面地效翼及水翼升力理論研究.pdf

1、博士學(xué)位論文近自由表面地效翼及水翼升力理論研究LiItingTheoriesforWingin—GroundEffectandHydrof0ilsintheVicinityofaFreeSurface學(xué)號(hào)：11208007副導(dǎo)師：學(xué)科、專(zhuān)業(yè)：答辯日期：OddMFaltinsen大連理工大學(xué)DaliallU11iVersityofTecllIlology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要掠海地效翼船和水翼支撐的船舶都屬于新型高速船舶，其航速遠(yuǎn)高

2、于普通的艦船，而且具有很好的抗風(fēng)浪性能，因此無(wú)論從軍事方面還是從民用方面都有很大的實(shí)用價(jià)值。地效翼和水翼是為地效翼船和水翼支撐高速船提供升力的主要構(gòu)件，因此準(zhǔn)確預(yù)報(bào)近自由表面地效翼及水翼升力性能是研究地效翼船和水翼支撐高速船流體動(dòng)力學(xué)性能的基礎(chǔ)，而且對(duì)初步設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。本博士論文在勢(shì)流理論的框架內(nèi)，研究了二維及三維近自由表面地效翼和水翼的升力問(wèn)題。并將經(jīng)典的Pmdtl升力線(xiàn)理論和渦格法推廣到近自由表面升力問(wèn)題。為了模擬自由表面

3、的作用，這里采用了滿(mǎn)足線(xiàn)性自由表面邊界條件以及遠(yuǎn)方輻射條件的自由表面格林函數(shù)來(lái)作為控制方程的基本解。本文的數(shù)值計(jì)算結(jié)果通過(guò)文獻(xiàn)中給出的理論解，數(shù)值解或者是試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。首先，研究了二維和三維近自由表面定常地效翼的升力特性。在近自由表面地效翼升力問(wèn)題中，空氣和水均發(fā)生了擾動(dòng)。由此，推導(dǎo)這類(lèi)問(wèn)題的自由表面邊界條件，并進(jìn)行了線(xiàn)性化處理。然后，采用渦分布法研究了自由表面上方定常運(yùn)動(dòng)二維地效翼的升力問(wèn)題；在二維升力問(wèn)題的基礎(chǔ)上，利用P瑚dt

4、l升力線(xiàn)理論研究了三維地效翼升力的特性。對(duì)于形狀復(fù)雜的地效翼，包括復(fù)翼、帶有反角的地效翼以及串列翼，這里發(fā)展了計(jì)算三維復(fù)雜形狀地效翼升力的渦格法。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛行速度很高時(shí)，自由表面無(wú)波，只有近場(chǎng)擾動(dòng)；而且高速時(shí)近自由表面地效翼升力略低于近固壁的升力；下反角和端板有利于提高地效翼的升力性能。由于表面波浪的傳播，在波浪上方運(yùn)動(dòng)地效翼的飛行過(guò)程是非定常的。這里采用二維離散渦方法結(jié)合二維奇點(diǎn)在自由表面上方任意軌跡運(yùn)動(dòng)的時(shí)域格林函數(shù)來(lái)研究波浪上

5、方運(yùn)動(dòng)二維地效翼的非定常升力問(wèn)題，并考慮了尾渦的非定常演化過(guò)程。接著二維升力問(wèn)題，這里利用三維非定常渦格法結(jié)合自由表面上方運(yùn)動(dòng)的三維奇點(diǎn)的時(shí)域格林函數(shù)研究了三維地效翼在波浪上方運(yùn)動(dòng)的升力問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，在地效翼飛行至波浪的凸起部分時(shí)，升力系數(shù)隨時(shí)間增加，并在波節(jié)處(波傾角負(fù)向最大時(shí))達(dá)到最大值；而斜浪和橫浪會(huì)導(dǎo)致地效翼壓力中心的橫向振蕩。最后，研究了二維和三維考慮粘性和表面張力作用的定常移動(dòng)奇點(diǎn)的格林函數(shù)，并對(duì)此格林函數(shù)的色散關(guān)系和色散