空泡现象国内外研究现状(2)
时间:2017-05-06 11:42 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.3.2国内研究情况 国内对超空泡技术的研究起步较晚，研究单位主要有上海交通大学、西北工业大学、南京理工大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、海军工程大学、华中科技大学、中国船舶科学研究中心等单位。研究内容目前主要在空泡水洞、拖曳水池和射弹实验水槽中进行模型试验，侧重于低速通气超空泡的生成与发展、稳定性和通气规律、升力和阻力特性等超空泡基础问题的研究，并取得了一定的成果。西北工业大学航海学院张宇文教授领导的课题组从1996年起对水下超空泡航行体进行了较为全面的研究[17]，在高速水洞中对细长体充气空泡的生成、发展、形态、稳定性及流体动力特性等进行了实验研究，基于势流理论，应用面元法对回转体定常数局部超空泡的绕流流场进行了数值模拟。如袁绪龙等开展了水下航行体通气超空泡的非对称性研究，通过分析和测量不同弗劳德数、模型攻角、与舵角等试验条件下的超空泡图像，获得了航行体超空泡非对称性与影响因素之间的定量和定性关系。邓飞等重点研究了超空泡航行体流体动力设计中需要解决的运动平衡、稳定性与可控制性等基本问题。上海交通大学何友声院士与鲁传敬教授等人研究了水翼的超空泡问题，利用边界元法计算水翼超空泡流场，对圆锥超空泡也进行了水洞实验。哈尔滨工程大学安伟光教授领导的课题组对水下高速运动体进行了深入的研究，并对水下航行体进行了优化及可靠性分析[18]。顾建农等在水洞中试验研究了优尔种典型头体在不同空泡数下，轴对称体上空泡的几何特征以及相对应的阻力特性，分析了空泡数对轴对称体空泡特征与阻力的影响[19]。 预测弹体带空泡航行时的初始入水弹道，必须首先预测空泡的发生、发展和溃灭过程及其作用于弹体上的水动力。目前进行的理论研究主要从两个方面进行:一是用数值方法模拟轴对称头部的空泡流场;二是利用工程近似处理方法，根据经验关系式计算水动力和水弹道。 弹体入水早期的空泡是与大气相通的非定常空泡，研究时要考虑水面和空泡壁两个自由液面。由于自由液面上的边界条件是非线性的，而且空泡壁形状随时间不断变化，求解之前是未知的，因此用解析方法或数值方法研究这样一个带空泡运动的入水问题有许多困难。为了解决这一难题，前人提出了一些空泡模型，以便简化计算。国内主要从两个方面开展:一是用奇点分布法求解垂直及斜入水空泡流场;二是用MAC方法求解带自由面流动问题的各种头型的垂直入水空泡流场[20][21]。 叶取源依据非线性自由面理论，采用欧拉-拉格朗日混合边界元法和时间步进法模拟了锥头弹体垂直入水空泡的发展过程，该方法考虑了空泡中气体流动的影响和空泡的缩胀效应，采用拟合、限位、局部放大、合理划分和重新划分网格等一系列数值处理技术，使计算达到了面闭合和深闭合的程度。陈学农、何友声用时间步进法和边界积分方程在三文空间对平头物体垂直和斜向入水的空泡进行了计算，数值计算中自由面用Lagrange参数描述，物面用固结在物体上的Euler坐标描述;给出了流固耦合运动方程和自由面动力学条件，得到了比较满意的结果。谢正桐、何友声、朱世权利用奇点分步法对零攻角和小攻角下带空泡轴对称细长体的水动力进行了计算。得到了细长体的肩空泡形态、压力分布和水动力特性，同时发展了一种有效的迭代方法—自适应改进型牛顿迭代法来求解空泡自由面的形状。陈九锡、颜开用MAC方法计算了平头弹体垂直等速入水的空泡，MAC方法直接由标记质点给出自由面形状和空泡形状，无需对空泡作假设，准确地反映了空泡发展的全貌。空泡闭合前，空泡内的压力由伯努利方程给出;空泡闭合后，空泡内的压力按绝热过程来处理。得到了不同时刻沿圆板径向的水动压力系数分布，圆板阻力系数随时间的变化曲线，以及圆板入水空泡的发展过程;计算达到了深闭合的程度。宣建明、陈九锡卿用MAC方法对圆锥弹体的不等速垂直入水进行了计算，揭示了入水空泡从出现到闭合的全过程，得到了锥面上的压力、阻力系数、锥的运动速度变化，同时还对球的分离流动进行了计算，得到了流动的分离点，计算结果与试验结果达到了很好的吻合。吴品奇、杜君芬利用物体表面分布源汇方法计算了超空泡轴对称回转体的附加质量。颜开1501在Mackey的研究基础上，根据试验空泡的外形重新拟合了空泡椭球模型中的经验常数，计算的入水弹道与模型的试验结果更加吻合。 (责任编辑：qin) |