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超空泡高速射弹变深度航行振动特性研究

作　者: 钟伟俊
导　师: 张嘉钟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 超空泡变深度尾拍振动特性结构响应
分类号: U661.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
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内容摘要

当水下航行体在一定速度下运动时会在弹体表面生成超空泡,这时水下航行体的粘湿面积可以达到最小状态,使水下航行体表面的液体摩擦阻力降到很小的值,是实现水下航行体超高速运动的一种理想手段。超空泡航行体在300m/s到1000m/s航速下,航行体与空泡壁发生连续的碰撞即尾拍现象。在连续的尾拍冲击作用下,航行体的结构动力学特性不同于传统的航行器。本文采用理论和仿真研究的手段对尾拍过程中,变深度航行时超空泡航行体的尾部激振力和结构振动特性进行了研究。主要内容如下:在前人的基础上,对小型超空泡射弹变深度航行时的尾拍冲击载荷进行了研究,得出了变深度航行时尾拍载荷的时间变化形式,通过计算得出航行深度对尾拍运动的影响。在尾拍载荷研究基础上,对射弹变深度航行时尾拍振动的结构响应进行了仿真模拟。得到了弹体各部位应力应变随时间的变化和频域特性,以及弹体加速度响应的时域和频域特性。应用流固耦合仿真分析方法对变深度航行时尾拍载荷进行了研究,得出深度和角速度对尾拍运动的影响。本文的研究结果,可以为以后的超空泡航行体尾拍振动方面的实验研究提供参考,并为超空泡航行体的结构优化设计等工作提供必要的基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题研究的背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 国外研究进展  9-11
    1.2.2 国内研究进展  11-14
  1.3 本论文的主要研究内容  14-15
第2章超空泡射弹尾拍理论基础研究  15-20
  2.1 引言  15
  2.2 空化产生的原因及其类型  15-17
  2.3 高速射弹尾拍形成的条件  17-18
  2.4 高速射弹尾拍运动的动力学模型  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章超空泡射弹在变深度航行时尾拍载荷的研究  20-32
  3.1 引言  20-21
  3.2 变深度时射弹尾拍冲击载荷的理论推导  21-25
    3.2.1 变深度航行时尾拍载荷的大小  21-22
    3.2.2 变深度航行时尾拍载荷的作用时间  22-23
    3.2.3 变深度航行时射弹运动速度与空泡半径随时间的变化  23-25
    3.2.4 变深度航行时尾拍载荷的表达形式  25
  3.3 变深度航行时射弹尾拍冲击载荷的数值计算  25-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章变深度航行时射弹尾拍作用下的结构响应  32-54
  4.1 引言  32
  4.2 射弹的有限元模型  32-34
  4.3 变深度航行下的动态轴向载荷对超空泡航行体振动特性的影响  34-42
    4.3.1 变深度航行下的动态轴向载荷的大小  34-35
    4.3.2 对动态轴向载荷作用下的超空泡航行体进行有限元分析  35-42
  4.4 变深度航行时尾拍载荷对高速射弹弹体的结构响应  42-53
    4.4.1 对弹体应力应变进行响应分析  43-49
    4.4.2 弹体速度与加速度响应特性分析  49-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章变深度航行射弹尾拍冲击载荷的流固耦合仿真分析  54-62
  5.1 变深度航行时射弹结构的受力分析  54
  5.2 尾拍的简化计算模型与边界条件  54-56
  5.3 LS-DYNA 软件中数值方法  56-58
  5.4 仿真结果与分析  58-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-70
致谢  70

超空泡高速射弹变深度航行振动特性研究

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