火箭发射平台运动性能及阻尼板的应用研究

摘要

对于火箭发射而言，其最重要的一个环节就是发射场的选择。目前全世界的火箭几乎都是陆基发射，而海基发射相比于陆基发射具有多方面的优势，不仅能够避免诸多政治因素，而且可以充分利用地球自转速率有效提高火箭发射的成功率、削减火箭发射成本、增加卫星使用寿命。然而海上发射过程中，受到风、浪、流等海洋环境作用使发射平台产生六自由度运动，影响火箭的初对准及其结构的安全性和可靠性。因此，本文分析了火箭发射平台的频域下的运动性能及其几何特征和环境参数对火箭承受载荷的影响;另外采用计算流体力学方法，分析了阻尼板对半潜式平台粘性阻尼影响规律。主要研究工作如下:
　　首先本文在忽略风、流及系泊系统的耦合作用下，基于三维势流理论、Morison方程在频域内计算了零航速下火箭发射平台的附加质量、辐射阻尼系数、波浪激振力、幅值响应算子(RAO)和二阶平均漂移力，分析了上述频域水动力参数随频域的变化规律，估算其固有频率，给出了火箭发射平台危险海况的波浪频率范围，并利用谱分析法对其进行了短期预报。之后选取了重心高度、吃水、浮体间距及波浪入射角四种参数，分析了各自对平台运动RAO和火箭底部截面承受载荷影响规律，为火箭发射平台的设计提供参考。
　　最后基于重叠网格技术的CFD方法，对半潜式平台横摇、纵摇和垂荡自由衰减运动进行数值模拟，并与公开的实验数据相对比，验证了该方法的准确性。在此基础上，分析和讨论了阻尼板宽度、厚度及初始衰减位置对半潜式平台横摇、纵摇和垂荡运动在固有周期下的粘性阻尼的影响规律，并对自由衰减运动周期不同时刻，半潜式平台表面压力场，阻尼板附近流体的涡量场和由于流动分离形成漩涡的结构进行分析研究，从流场的角度揭示了其作用机理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 半潜式平台水动力性能研究综述

1．2．2 舭龙骨及垂荡板水动力性能研究概况

1．2．3 舭龙骨和垂荡板水动力性能研究方法

1．3 论文研究内容

第二章 理论基础概述

2．1 流体力学基础方程

2．2 三维频域势流理论

2．2．1 坐标系

2．2．2 结构物在规则波中线性响应的定解条件

2．2．3 速度势方程求解

2．2．4 结构物在规则波中的运动微分方程

2．2．5 二阶波浪力

2．3 Morison方程

2．4 谱分析法

2．4．1 随机海浪与波浪谱

2．4．2 传递函数与响应函数

2．4．3 短期预报

2．5 雷诺平均法

2．5．2 湍流模型

2．5．3 有限体积法与离散格式

2．5．4 流场数值计算方法

2．5．5 VOF法

2．5．6 边界条件

2．5．7 重叠网格技术

2．6 本章小结

第三章 发射平台运动响应频域分析

3．1 平台参数模型

3．1．1 主尺度及总布置图

3．1．2 面元模型

3．2 频域分析

3．2．1 附加质量与阻尼系数

3．2．2 波浪激振力

3．2．3 幅值响应算子(RAO)

3．2．4 二阶平均漂移力

3．3 运动晌应统计值

3．4 本章小结

第四章 几何参数对平台运动和火箭截面载荷的影响

4．1 引言

4．2 火箭截面载荷模型

4．3 结果与讨论

4．3．1 波浪入射角

4．3．2 重心高度

4．3．3 吃水

4．3．4 浮体间距

4．4 本章小结

第五章 阻尼板对半潜式平台阻尼影响分析

5．2 数值模拟

5．2．1 控制方程

5．2．2 数值模拟概况

5．2．3 数值方法验证

5．3 结果分析与讨论

5．3．1 阻尼板宽度

5．3．2 阻尼板厚度

5．3．3 流场形态

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文和取得的科研成果

致谢