带栅格翼的水下航行体三维流场数值模拟

摘要

随着航天事业的发展,栅格翼作为一种新型的稳定和控制翼面已被广泛的运用到宇宙飞船的逃逸系统中。其具有升力大,铰链力矩小,失速攻角大等气动特性可保障飞行器的稳定飞行。它的出现同时也为水下航行体在水下发射阶段的航行稳定性和可控制性提供了一种新的思路。随着栅格翼在航海和水下武器方面的应用,也随即产生了不同于在空气中飞行的新问题:在低压等局部地区出现了空泡流现象。
　　空泡的出现会影响水下航行体的打击精度,造成航行体的水动力特性、机械性能的降低,更甚者会对机械产生破坏。由此可见,对栅格翼进行水下绕流流场及带栅格翼的航行体绕流流场的模拟和受力特性分析研究具有十分重要的应用价值和工程意义。
　　本文基于Fluent的多相流模型模拟了栅格翼及带栅格翼的航行体在不同来流攻角和空化数条件下的流场,研究了在攻角和空化数变化时,栅格翼绕流空泡的分布和体积的变化,以及升阻比、压心系数等无量纲流体动力特性系数的变化趋势。在航行体和栅格翼整体模拟中,重点分析了航行体尾部流场的变化,通过对航行体和栅格翼整体和航行体的动力特性系数,以及栅格翼在航行体出水过程中所起的作用,最后研究了栅格翼在航行体的干扰下流体动力特性系数所表现出的不同。通过结果分析可知,带栅格翼的航行体与航行体相比,升力系数、阻力系数、升阻比和压心系数都有所增加,适当的增加栅格翼的结构尺寸,将有助于提高航行体的整体性能;而在有航行体壁面干扰时栅格翼所表现出的水动力特性,与单独模拟时相比有所下降,在设计时应考虑有一定的余量。

目录

带栅格翼的水下航行体三维流场数值模拟

THREE -DIMENSIONAL NUMERICAL DIMENSIONAL SIMULATION OF UNDERWATER VEHICLE WITH GRID FINS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 栅格翼介绍

1.3 空化现象基本原理介绍

1.4 国内外研究现状综述

1.5 本文的主要研究内容

第2章 数值方法介绍

2.1 引言

2.2数值模拟工具与数值方法介绍

2.2.1 FLUENT计算软件包简介

2.2.2 控制方程及空泡数学模型

2.2.3 湍流模型

2.2.4 湍流模型的近壁处理

2.2.5 稳定性及收敛性

2.3 本章小结

第3章 栅格翼的数值模拟

3.1 引言

3.2 栅格翼的结构尺寸和网格划分

3.2.1 栅格翼的结构尺寸

3.2.2 网格划分

3.3 流场数值模拟结果分析

3.3.1 空泡形态分析

3.3.2 对称截面流场分析

3.3.3 流场动力特性分析

3.4 本章小结

第4章 带栅格翼的航行体三维数值模拟

4.1 引言

4.2 计算方案与网格划分

4.2.1 计算方案

4.2.2 整体网格划分

4.3 流场数值模拟结果分析

4.3.1 航行体空泡形态分析

4.3.2 航行体尾部流场分析

4.3.3 航翼整体和航行体流体动力特性分析

4.3.4 有无干扰时栅格翼流体动力特性分析

4.3.4.1 计算结果

4.3.4.2流体动力特性曲线分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢