基于奇點(diǎn)面元法的超空泡形態(tài)研究.pdf

1、超空泡減阻技術(shù)可以大大減少水下航行體行進(jìn)時(shí)的阻力，突破傳統(tǒng)的速度屏障。其減阻的主要機(jī)理是利用氣層將液體與物體表面相隔離，減少物體的沾濕面積，從而大幅度的降低航行體的粘性阻力。對超空泡形態(tài)進(jìn)行有效預(yù)測是一個(gè)很重要的部分，它直接影響著以后的研究。利用勢流理論來解決流體動(dòng)力學(xué)問題取得了較好的效果，細(xì)長體理論和邊界元法是超空泡航行體設(shè)計(jì)所應(yīng)用的兩個(gè)現(xiàn)代計(jì)算方法。本文主要是利用基于勢流理論的奇點(diǎn)面元法對超空泡外形進(jìn)行了研究，其主要研究內(nèi)容如下：首

2、先對超空泡外形經(jīng)行了初步研究，其中包括：用基于勢流理論的細(xì)長體理論得到了空泡形狀的近似解析解并且與一系列經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對比。介紹了進(jìn)行的射彈試驗(yàn)研究，其目的是為了了解超空泡生成機(jī)理、觀察超空泡的生成過程和真實(shí)形態(tài)以及影響超空泡形態(tài)的主要因素，同時(shí)得到了空化數(shù)與無量綱化的空泡尺寸的關(guān)系曲線；以上研究的目的是為后面利用數(shù)值方法計(jì)算超空泡形態(tài)提供參考依據(jù)。其次，介紹了基于速度勢的奇點(diǎn)面元法的基本理論，對面元法進(jìn)行了理論推導(dǎo)與研究，包括控

3、制方程的建立，尾流模型的研究，邊界條件的定義，方程的離散，求解的迭代過程，以及各動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求解。接著，針對具體模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模、方程離散、邊界條件的選取到迭代出最后的結(jié)果。其中尾流模型分別選用了壓力恢復(fù)閉合模型和鏡像板模型。研究發(fā)現(xiàn)利用壓力恢復(fù)閉合模型計(jì)算局部空泡比較理想而利用鏡像板模型計(jì)算超空泡與經(jīng)驗(yàn)公式非常吻合，證明面元法在預(yù)測空泡形態(tài)與空化數(shù)方面是有效可行的，其處理問題的簡單、有效性對于解決工程問題具有重要的意義。最后，針對理