水下航行体的水动力性能评估方法研究

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海洋资源极其富饶,人类要想在地球上长久地生存、繁衍、发展,就必须充分地挖掘更多的海洋资源。而认识海洋、开发海洋需要技术手段,水下航行体技术就属于其中之一。而水下航行体的快速性、操纵性、耐波性对其探究海洋、监测水质、军事战略等方面有重要影响。所以系统地研究水下航行体的快速性、操纵性、耐波性非常重要,它们决定了水下航行体综合水动力性能的好坏。随着数值计算方法以及计算机技术的发展,采用流体力学(CFD)来研究水下航行体的水动力性能已成为重要手段,然而采用该方法涉及到网格离散、模型选取,进而对计算结果产生重要影响。所以在快速性的研究中,主要针对静水阻力特性分析、螺旋桨敞水特性分析、以及直航自航特性分析探究计算区域、网格尺寸、湍流模型、边界层网格尺寸对其的影响。在操纵性的研究中,针对操纵性水动力系数计算探究了网格尺寸、湍流模型、边界层网格尺寸对其的影响;针对回转运动和Z形操纵做了网格和时间步长不确定度分析。在耐波性的研究中,主要探究了网格离散尺寸和频率选取对航行体的运动响应的影响。最后基于离差最大化方法,构建考虑快速性、操纵性、耐波性指标的水动力性能综合评估模型。本文研究形成了一套可用于水下航行体的快速性、操纵性、及耐波性预报的CFD方法,构建了综合水动力性能评估模型,研究成果可为多方案下水下航行体的性能对比、以及优化提供技术支撑。
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