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水下双体运动流体动力干扰理论研究

作　者: 程丽
导　师: 张亮
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 流体力学
关键词: 水动力干扰 UUV 双体运动 壁面效应 面元法
分类号: O368
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 168次
引　用: 3次
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内容摘要


本论文给出了水下双体运动流体动力干扰的数学模型、计算方法和试验结果，目的在于研究水下无人平台(UUV)接近母潜艇时的水动力干扰及其规律。 根据势流理论计算流场，给出了受力计算的Lagrange公式、Bernoulli公式，以及使用Bernoulli公式计算的结果。物面网格离散时，着重考虑并分析了尾部平端面和首尾不对称性这些因素对受力计算精度的影响。论文也用圆球、圆柱等几个算例检验了物面离散模式的有效性和Fortran90程序的可靠性。 壁面附近二维或三维Rankine体的势流结果与已有的粘性结果总体上符合，数值上的差别是由于忽略粘性引起的。另外还进行了以下受力计算：两个相互靠近或远离的椭球体、鱼雷型平台在壁面或潜艇附近运动、飞机型平台在壁面或潜艇附近运动、首尾对称鱼雷状UUV与潜艇相对运动。根据这些结果总结了双体运动流体动力干扰的一些规律。 最后，进行了鱼雷型平台在不同来流速度、不同距离下的近壁干扰力初步试验，探索了一些最基本的干扰现象。给出的试验结果与计算值在规律上基本相同，数值上的差别被认为是由理论模型忽略粘性和实际流场的复杂性引起的，需要进一步研究。 论文中的方法也适用于无界流场中多个任意形状物体作自由运动的受力计算研究。

全文目录


第1章 绪论  9-13
  1．1 本文的目的和意义  9
  1．2 双体计算的发展综述  9-11
  1．3 本文的工作内容  11-13
第2章 无界流场中双体运动的面元法  13-27
  2．1 三维双体运动水动力定解问题的建立  13-15
  2．2 三维双体运动总速度势的求解模型  15-16
  2．3 三维双体运动单位速度势的求解模型  16-18
    2．3．1 混合分布模型  16-17
    2．3．2 分布源模型  17-18
  2．4 二维面元法  18-25
    2．4．1 二维Green公式  18-19
    2．4．2 二维分布源的诱导速度  19-20
    2．4．3 二维分布偶极的诱导速度  20-22
    2．4．4 直线段上均匀分布奇点的诱导速度公式  22-23
    2．4．5 二维单体奇点分布模型  23-25
  2．5 本章小结  25-27
第3章 受力计算的Lagrange法  27-43
  3．1 第二类Lagrange方程  27-28
  3．2 物体系统的Lagrange方程  28-29
  3．3 流体系统的Lagrange方程  29-32
  3．4 物体和流体系统的Lagrange方程  32
  3．5 Lagrange法用于双体计算  32-34
    3．5．1 双体运动附加质量及流场动能  32-33
    3．5．2 双体六自由度运动的受力公式  33-34
  3．6 单体运动的附加质量  34-41
    3．6．1 圆球的附加质量  34-41
    3．6．2 水下潜器的附加质量  41
  3．7 本章小结  41-43
第4章 受力计算的Bernoulli法  43-54
  4．1 无界流场中三维物体受力  43-47
    4．1．1 先求导后积分的公式  43-44
    4．1．2 先积分后求导的公式  44-45
    4．1．3 公式的其它等价形式  45-47
  4．2 无界流场中二维物体受力  47-49
  4．3 二维物体的附加质量  49-53
  4．4 本章小结  53-54
第5章 物面网格划分  54-69
  5．1 首尾对称的鱼雷状UUV  54-56
  5．2 母潜艇  56-59
  5．3 鱼雷型平台  59-62
  5．4 飞机型平台  62-66
  5．5 飞机型平台物面修正  66-67
  5．6 球面——椭球面组合体  67-68
  5．7 本章小结  68-69
第6章 Rankine体平行壁面运动  69-79
  6．1 二维Rankine体在无界流场中纵向运动  69-71
  6．2 三维Rankine体在无界流场中纵向运动  71-73
  6．3 二维Rankine体平行壁面运动  73-76
  6．4 三维Rankine体平行壁面运动  76-78
  6．5 本章小结  78-79
第7章 椭球体沿长轴方向相对壁面运动  79-83
  7．1 椭球体沿长轴方向靠近壁面  79-80
  7．2 椭球体沿长轴方向远离壁面  80-81
  7．3 关于导数公式的讨论  81-82
  7．4 本章小结  82-83
第8章 双体运动的实际算例  83-116
  8．1 对网格划分和程序的检验  83-89
    8．1．1 鱼雷状UUV与潜艇纵向并行  83-86
    8．1．2 鱼雷状UUV的圆周运动  86-89
  8．2 壁面附近的运动  89-97
    8．2．1 鱼雷型平台模型的壁面运动  89-91
    8．2．2 鱼雷型平台的壁面运动  91-94
    8．2．3 飞机型平台的壁面运动  94-97
  8．3 并行运动  97-106
    8．3．1 鱼雷型平台与潜艇并行  97-103
    8．3．2 飞机型平台与潜艇并行  103-106
  8．4 并行接近运动  106-112
    8．4．1 鱼雷型平台与潜艇并行接近  106-109
    8．4．2 飞机型平台与潜艇并行接近  109-112
  8．5 并行旋转运动  112-115
    8．5．1 鱼雷型平台与潜艇并行旋转  112-113
    8．5．2 飞机型平台与潜艇并行旋转  113-115
  8．6 本章小结  115-116
第9章 模型试验  116-121
  9．1 试验简介  116-117
    9．1．1 试验模型  116
    9．1．2 参数设置  116-117
  9．2 试验数据处理及分析  117-119
  9．3 本章小结  119-121
结论  121-124
参考文献  124-126
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  126-127
致谢  127-128
附录（二维、三维Ranine体物面动压力计算）  128-130

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学 > 应用流体力学
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