水橇外形的数值模拟分析

摘要

为了满足地效翼船和水上飞机在未来发展的大型化高速化要求，本文针对加装在机体的同时具有增升和缓冲作用的水橇构件进行水动力分析，力求在前人的基础上提高水橇的水动力特性。主要考察了水橇小展弦比的气动特性，结合其外形结构设计原理，提出了改变展弦比、首部底线曲率和边缘厚度来提高水橇的升力系数和升阻比;并考察分析不同攻角对水橇的影响，从而得到最佳安装角度。围绕以上主要研究内容，本文做了以下工作:
　　1.分析机翼设计原理和水橇的气动布局，以亚音速翼型NACA4412为母体改善水橇水动力性能上的局限因素;
　　2.利用三维建模软件CATIA对水橇进行外形设计，在改变展弦比、首部底线曲率和边缘厚度的同时考虑水橇整体构件的结构合理性;
　　3.介绍本文所涉及的前处理软件ICEM及其优势，同时介绍计算流体力学的相关知识和数值模拟所用的求解器FLUENT的计算模型;
　　4.针对本文所选用的前处理软件和数值模拟方法，用教材《ANSYS ICEMCFD网格划分技术实例详解》中的三维机翼实例对比水橇的网格划分情况，验证水橇网格质量的可行性;在ICEM CFD的环境下，对二维翼型NACA4412进行结构化网格划分，分析网格情况后导入求解器，计算NACA4412的水动力特性数据并与文献已公开的数据对比，验证本文所用求解方法的准确性;
　　5.对本文水橇所设计的外形参数进行三维建模、前处理、计算分析和后处理;分析水橇在全浸水环境中，不同外形参数和不同攻角下的相关水动力特性，从而分析水橇的最优外形数据，为以后的地效翼船的水橇研究提供一定的参考。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 地效翼船的概念

1．2 地效翼船的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 地效翼船的发展前景

1．3 水橇的研究现状

1．3．1 水橇的国内外研究现状

1．3．2 水橇的特点及应用前景

1．3 本文研究内容与意义

第二章 水橇的外形设计与网格划分

2．1 水橇外形设计参数

2．2 水橇进一步设计理论

2．2．1 水橇首部形状

2．2．2 水橇的尾部形状

2．2．3 水橇的横断面

2．3 网格简介

2．3．1 结构化网格

2．3．2 非结构化网格

2．3．3 ICEM CFD简介

2．4 本章小结

第三章 数值计算方法

3．1 流体力学简介

3．2 控制方程组

3．2．1 质量守恒定律

3．2．2 动量守恒定律

3．2．3 能量守恒定律

3．3 湍流模型

3．3．1 湍流模型的基本方程

3．3．2 标准k-ε模型

3．3．3 RNG k-ε模型

3．3．4 FLUENT软件简介

3．4 本章小结

第四章 水橇计算方法的验证

4．1 三维机翼验证网格划分

4．2 二维翼型NACA4412验证求解模型

4．3 本章小结

第五章 数值模拟分析

5．1 水橇于全浸水状态下的水橇水动力特性

5．2 展弦比对水橇的影响

5．3 水橇首部底线曲率对升力系数、阻力系数和升阻比的影响

5．4 水橇边缘厚度的改变对水动力特性的影响

5．4．1 下表面曲率R1水橇的影响

5．4．2 下表面曲率R2水橇的影响

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

研究生期间发表的论文与专利

致谢