超空泡航行體尾拍振動分析及減振結構設計.pdf

1、超空泡是一種新型的、能夠使航行體實現(xiàn)高速航行技術。超空泡減阻技術憑借其優(yōu)異的減阻特性，能夠減小水下航行體的90％以上的阻力，實現(xiàn)了水下航行體減阻技術的革命性的突破。超空泡在包裹航行體的過程中，航行體在流體介質中的沾濕面積也在逐漸減小，使得流體介質作用在航行體的粘滯阻力降低，因此空泡的存在大大提高了航行體的動力性能，但是當超空泡航行體的航速達到300m/s到1000m/s這個范圍內，航行體在初始擾動等因素的影響下，航行體尾部會發(fā)生不斷與空

2、泡壁沖擊、反彈的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象已被實驗觀察到，稱之為尾拍現(xiàn)象。超空泡高速航行體因為飛行環(huán)境的特殊，使得航行體尾拍的動力學特性也很特別，具有極高的研究價值。
　　本文采用MATLAB及LS-DYNA等計算分析軟件對超空泡射彈的自身動力學和振動學特性進行了數(shù)值模擬和有限元仿真，提出了改善航行體尾拍沖擊影響的方法，并進行了比較仿真計算。通過數(shù)值模擬的方法，對高速超空泡射彈的尾拍特性和減振結構設計、運動穩(wěn)定性等問題進行了研究，具體內容如下

3、：
　　第一部分：了解目前國內外在水下超空泡高速射彈的理論研究、數(shù)值模擬研究和試驗研究方面的情況，總結水下射彈在動力學分析方面被廣泛采用的物理模型以及被廣泛應用的動力學微分方程的求解方法。通過對彈性梁應用馮·卡門大撓度理論和哈密頓變分原理，建立耦合作大范圍剛體轉動與彈性振動的運動系統(tǒng)的動力學控制方程，得到射彈的振動頻率和模態(tài)振型的解析表達，然后對其進行數(shù)值計算分析。
　　第二部分：分析說明了小比例射彈動力學微分方程在針對大尺

4、寸射彈動力學分析時不適合的原因，針對本文中使用的大尺寸射彈所采用的動力學分析方法和數(shù)值模擬方法進行分析說明。闡述了目前的超空泡模型，比較了不同的空泡模型的特征和適用范圍，比較其優(yōu)缺點，并針對本論文中的射彈模型采用合適的空泡模型進行了數(shù)值模擬，通過對尾拍力的變化規(guī)律的分析為水下高速超空泡射彈避免尾拍現(xiàn)象提供了理論依據和技術支撐。
　　第三部分：根據某型號超空泡射彈，建立了射彈 CAE模型，并對該模型進行了數(shù)值模擬和仿真分析。分析了原