与船舶在水面航行类似,水下航行器常常处于斜向传播的海洋内孤立波环境中,由于内孤立波非线性特性以及波~流场耦合效应,使得细长潜体的水动力特性变得更加复杂。本文在大型分层流水槽中,通过改变水平细长潜体与内孤立波传播方向的夹角,又称遭遇角,开展斜向内孤立波与细长潜体相互作用的实验研究,探讨了内孤立波流场的精细结构及其变化的影响因素,定量测量了内孤立波与细长潜体相互作用时的流场及其作用力变化,分析了对不同遭遇角细长潜体的内波作用力特征,为实际海洋内波环境中水下航行器的安全稳定性提供了重要依据。论文的创新点及主要结论如下:第一、在大型分层流水槽中,系统地开展了内孤立波诱导流场精细结构的测量研究,利用二维粒子图像测速技术,实现了内孤立波三维流场结构的测量;通过对比实测结果与KdV、eKdV以及MCC理论的流速解,划分了三种内孤立波理论的波幅适用范围;分层环境对流场影响的测量表明:在相同内孤立波振幅条件下,上下层流体密度差愈大、厚度比愈小,则波致流场愈强,该结果也验证了相关的数值模拟结果。第二、在大型分层流水槽中,开展内孤立波与不同遭遇角细长潜体相互作用的流场测量,采用PIV测量以及结合染色显示技术,获得了斜向内孤立波与细长潜体遭遇时三维流速场变化的定量分析结果,研究表明:随潜体遭遇角增大,其对内孤立波流场的影响增强,当潜体斜向遭遇内孤立波时,其迎流面积随角度增大而增大,同时,由于细长潜体各部位处于波形位置不同,故对应的流场强度也不同,其中,尾部流场可达头部流场的2-3倍,可产生较强的力矩作用,进而影响细长潜体的运动特征。第三,在大型分层流水槽中,首次开展斜向内孤立波对细长潜体的作用力测量,采用三分力内波微幅作用力测量系统,获得内孤立波对不同遭遇角细长潜体作用力的定量结果,尝试结合流场和波场特征解释其受力的原因。研究表明:随细长潜体的遭遇角增大,其所受水平力显著增强,遭遇角90°时水平作用力将达到零度时的数倍;潜体所受垂向力呈双极值“w”型,其在穿越内孤立波波包的潜深位置受到的作用力最大。为此,细长潜体遭遇斜向内孤立波时,不仅要考虑其潜深位置,还必须警惕垂向力2次作用的影响