水下高速航行体运动稳定性分析

摘要

水下高速航行体通过高速运动实现超空泡流动，使得航行体所受的阻力大大减小，大幅度提升航速、提高航程，从而达到快速打击目标的目的。但与此同时，复杂的多相流流场，扰动因素多。当空泡尺寸大于航行体时，对其完全覆盖，形成超空化，航行体完全暴露在气体内，其沾湿面积大大减小，大部分滑行阻力、压差升力和浮力消失，航行体的受力也变得复杂且高度非线性，往往容易导致航行体偏航、失控。本文通过对水下高速航行体的动力学特性的分析，建立了航行体动力学和运动学模型，主要研究内容和结论如下:
　　首先，建立了适用于小型无动力水下航行体计算的动力学模型，编写航行体入水及航行过程弹道分析计算程序，与文献对比，验证了计算程序的可靠性。
　　其次，在无扰动条件下，研究了无动力航行体空化器尺寸、航行体长度、航行体质量分布和航行体总质量对航行体射程及弹道偏移量的影响。研究发现，使用适当的空化器尺寸及较大的航行体总质量会显著提高航行体射程;航行体的长度会通过影响航行体稳定性，从而影响航行体的射程;质量越靠前、转动惯量越大，航行体稳定性越好。
　　最后，给予不同的入水俯仰角速度，计算分析航行体的运动稳定性。初始扰动俯仰角速度增加，弹道偏移量先增加后减小。基于Savchenko临界失稳条件，通过分析计算结果，选出了一种稳定性较好的航行体外形。在入水速度、入水角、航行体长度、直径和密度均不变的情况下，优化后的航行体相对于优化前的航行体稳定性和射程显著提高。
　　本文的工作为水下航行体外形设计、弹道计算、稳定性研究及控制的开展，打下了基础。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及意义

1．2国内外研究进展

1．2．1 航行体入水问题研究进展

1．2．2航行体空泡研究进展

1．2．3航行体稳定性研究进展

1．3本文主要研究内容

第2章航行体动力学建模与试算

2．1 引言

2．2常用坐标系及坐标变换

2．3航行体入水受力计算

2．4航行体航行段流体动力计算

2．4．1空化器流体动力计算

2．4．2空泡外形计算模型

2．4．3空泡轴线偏移计算

2．4．4空泡截面独立扩张原理

2．4．5尾部流体动力计算

2．5运动学方程的建立

2．6整体试算

2．7本章小结

第3章小型无推力航行体入水弹道影响因素分析

3．1 引言

3．2航行体入水计算基准算例

3．3不同参数对入水弹道的影响

3．3．1 空化器尺寸对弹道的影响

3．3．2航行体长度对弹道的影响

3．3．3质量分布对弹道的影响

3．3．4质量对弹道的影响

3．4本章小结

第4章小型无推力航行体运动稳定性分析与优化

4．1 引言

4．2优化前航行体运动稳定性分析

4．3航行体一次优化后运动稳定性分析

4．4航行体再优化后稳定性分析

4．5航行体再优化后弹道分析

4．6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢