水下高速航行體通過高速運動實現(xiàn)超空泡流動,使得航行體所受的阻力大大減小,大幅度提升航速、提高航程,從而達到快速打擊目標的目的。但與此同時,復雜的多相流流場,擾動因素多。當空泡尺寸大于航行體時,對其完全覆蓋,形成超空化,航行體完全暴露在氣體內,其沾濕面積大大減小,大部分滑行阻力、壓差升力和浮力消失,航行體的受力也變得復雜且高度非線性,往往容易導致航行體偏航、失控。本文通過對水下高速航行體的動力學特性的分析,建立了航行體動力學和運動學模型,主要研究內容和結論如下:首先,建立了適用于小型無動力水下航行體計算的動力學模型,編寫航行體入水及航行過程彈道分析計算程序,與文獻對比,驗證了計算程序的可靠性。其次,在無擾動條件下,研究了無動力航行體空化器尺寸、航行體長度、航行體質量分布和航行體總質量對航行體射程及彈道偏移量的影響。研究發(fā)現(xiàn),使用適當?shù)目栈鞒叽缂拜^大的航行體總質量會顯著提高航行體射程;航行體的長度會通過影響航行體穩(wěn)定性,從而影響航行體的射程;質量越靠前、轉動慣量越大,航行體穩(wěn)定性越好。最后,給予不同的入水俯仰角速度,計算分析航行體的運動穩(wěn)定性。初始擾動俯仰角速度增加,彈道偏移量先增加后減小。基于Savchenko臨界失穩(wěn)條件,通過分析計算結果,選出了一種穩(wěn)定性較好的航行體外形。在入水速度、入水角、航行體長度、直徑和密度均不變的情況下,優(yōu)化后的航行體相對于優(yōu)化前的航行體穩(wěn)定性和射程顯著提高。本文的工作為水下航行體外形設計、彈道計算、穩(wěn)定性研究及控制的開展,打下了基礎。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U661.1;TJ6
【部分圖文】：

降至 10-3量級甚至更低。早于 1897 年，在英國“果敢號”上發(fā)現(xiàn)螺旋槳效率的大幅度降低。提出在液體中可能由于物體高速的運動會產生空化現(xiàn)象。最開始空害的物理現(xiàn)象，如引起輪船機械結構損傷、螺旋槳效率下降、產生船體剝蝕等。上世紀七十年代，前蘇聯(lián)利用空化使得魚雷航行達到將魚雷的運動速度提高到近 100m/s。這種超空泡減阻技術，是水式的跨越。體在水中高速運動時，會產生空化現(xiàn)象。水下航行體在高速運動的對來流產生影響，使得水的壓力急劇下降，當壓力降低到某個臨生相變，由液態(tài)汽化成氣態(tài)的過程成為空化。隨著水下航行體的運航行體附近低壓區(qū)增大，致使空化區(qū)域增加，最終空化區(qū)域將包裹一般情況下，當空化區(qū)域的長度超過繞流物體的長度時，形成的現(xiàn)現(xiàn)象，如下圖所示。

工況一空泡尺寸對比圖

工況二空泡尺寸對比圖

【參考文獻】

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本文編號：2818693