拖曳式線列陣聲納非線性水動力學特性數(shù)值研究.pdf

1、拖曳式線列陣聲納是廣泛應用于工業(yè)、科研和國防的一種水下高技術(shù)密集型裝備，研究其水動力學特性是拖曳式線列陣聲納系統(tǒng)設(shè)計、使用的基礎(chǔ)。本文采用數(shù)值手段研究了兩種形式的拖曳式線列陣聲納（單線陣和多線陣）的非線性水動力學特性，主要工作如下：
　　1)首先概述了拖曳式線列陣聲納，綜述了水下纜索動力學的研究現(xiàn)狀，對比并評價了主流的纜索動力學建模方法。
　　2)基于微元法，分別采用歐拉角和歐拉參數(shù)兩種表示方法，在拉格朗日坐標系下推導了考慮

2、彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度以及幾何、材料、邊界、載荷等多種非線性因素的三維纜索動力學偏微分控制方程組。
　　3)編寫了求解該拖纜動力學控制方程的Matlab程序。基于有限差分 box scheme對控制方程組進行有限差分離散，列出線列陣首尾兩端邊界條件，編寫了松弛法求解偏微分方程組邊值問題的求解程序。
　　4)分析了單線陣的水動力學性能?；诰帉懙腗atlab代碼，計算了單線拖曳陣在穩(wěn)態(tài)直航、360°回轉(zhuǎn)時的動力響應，對拖速、海流、回轉(zhuǎn)

3、半徑等參數(shù)做了敏感性分析。首次提出了閉環(huán)效應和閉環(huán)半徑的概念來分析拖線陣的回轉(zhuǎn)特性。
　　5)初步分析了多分枝拖曳線列陣的水動力學性能。以O(shè)rcaflex為工具，建立了一個比較初步的左右對稱型四分枝拖曳線列陣模型，分析了拖速、波高對穩(wěn)態(tài)直航時該系統(tǒng)動力學性能的影響。
　　通過上述研究，得到的主要結(jié)論如下：
　　1)有限差分纜索動力學模型中，歐拉參數(shù)表達法可以避免歐拉角法在坐標轉(zhuǎn)換過程中可能造成的奇異性問題，此外納入了非

4、線性應力-應變關(guān)系，可使纜索模型更具一般性。
　　2)穩(wěn)態(tài)直航工況下，拖速對多線陣動力學性能的影響與對單線陣動力學性能的影響趨勢相似。波浪會減小多線陣各列陣之間的間距，減弱系統(tǒng)的展開程度。
　　3)靜水條件下，拖速降低到一定程度時，拖線陣深度進入回轉(zhuǎn)工況后呈先下降后上升的V型變化。當回轉(zhuǎn)半徑增加，這種 V型變化趨勢將隨回轉(zhuǎn)半徑的增大而減弱。拖線陣的閉環(huán)半徑隨著拖船回轉(zhuǎn)半徑減小而減小。
　　4)在單線陣的回轉(zhuǎn)機動中，海流