两栖车辆水上性能的理论和数值计算及车体方案设计研究

摘要

为了适应现代战争条件下快速抢滩登陆作战的需要，对两栖车辆的水上快速性能提出了更高的要求，随着大功率动力部件的快速发展，发展具备水上高性能的两栖车辆已成为可能。但是两栖车辆作为具备水上和陆上高性能的复杂产品，其要满足的约束条件多，性能指标高，因而研制的难度大，本文采用现代产品创新设计理论，运用流体力学、计算流体力学、边界层、湍流及快艇阻力性能等理论对两栖车辆的水上快速性进行了综合研究： (1)根据两栖车辆的结构特点(尤其是车体和行动部分)，分析了履带式两栖车辆水上阻力的组成及其变化规律，比较了现有快艇水上阻力的计算方法及其在两栖车辆上应用的可行性，通过将快艇的阻力计算方法在两栖车辆上进行应用，发现其计算结果偏差较大，为此采用势流理论计算了两栖车辆不同截面的虚质量，进而采用该虚质量理论计算车体部分的升力性能，结合两栖车辆的试验结果，给出了两栖车辆概念设计中水上飞行阶段的性能预报方法。 (2)鉴于两栖车辆起飞前阻力计算的困难，以轮式两栖车辆为对象，采用VOF(VolumeofFluid)多相流模型研究了其水上性能数值预报的方法，给出了一种结构网格和非结构网格相结合的混合网格划分方法，以及交接面的计算方法，搭建了并行计算的软硬件系统环境，比较了并行计算时的不同网格分割方法，上述方法克服了以前仿真计算中无法进行两栖车辆兴波和喷溅阻力计算的问题，在中低车速下可将车辆水上性能的预测精度控制在10﹪之内；采用上述仿真计算方法对履带式两栖车辆车体设计方案的水上性能进行了比较，发现在适度增大攻角以及增加侧滑板是切实可行、易于使车辆达到水上高速航驶的方案。 (3)分析了两栖车辆车体和推进器相互作用的机理，指出推进器增加两栖车辆的水上阻力可达20﹪以上，并且易使车体后部受到的升力增加，从而使车辆纵倾减少；给出了车体和推进器共同仿真时的模型，研究了仿真计算条件下，推进器系统效率、管道效率的计算及其变化情况，以及推进器流管的变化情况，这对设置推进器的进水口、管道设计具有一定意义。 (4)研究了面向复杂产品系统的性能驱动的概念设计方法，结合TRIZ、公理等设计理论，给出了产品性能为驱动的功能、原理、方案和方案、结构配置及参数设计的两阶段循环设计模型；分别从减少阻力和提高推进力两方面系统研究了提高两栖车辆水上快速性的方案，着重对气泡减阻的可行性进行了论证；构建了建立在上述两阶段概念设计进程模型基础上的创新方案设计环境和资源建设模型。

目录

摘要

第一章绪论

1.1引言

1.2两栖车辆的发展现状

1.3两栖车辆水上阻力的组成及计算方法

1.4水上性能的数值计算方法

1.5主要内容

第二章两栖车辆水上性能的理论研究

2.1概述

2.2车辆绕流的基本方程和边界条件

2.3细长体理论

2.4阻力的解析计算

2.5小结

第三章两栖车辆水上阻力的数值计算及方案研究

3.1引言

3.2仿真分析方法

3.3提高两栖车辆水上行驶速度的车体设计方案研究

3.4小结

第四章推进器和车体的相互影响分析

4.1引言

4.2理论分析

4.3模拟分析

4.4小结

第五章性能驱动的两栖车辆协同方案设计及资源建设

5.1引言

5.2协同方案设计进程

5.3两栖车辆的快速性方案设计

5.4协同方案设计系统

5.5小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

博士期间发表的学术论文清单

博士后期间发表的学术论文清单

博士后期间承担和作为主要研究人员参与的科研项目

个人简历

附博士后期间文章

面向维护的机械产品远程动态装配/拆卸过程仿真系统

基本流体积的两栖车辆阻力并行数值计算

基于敏度分析和知识推理的产品协同决策