折叠栅格翼水下展开过程研究

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由于水下航行体具有隐蔽性好、生存率高等优点,水下武器的大潜深发射成了各国的研究热点。为了提高单位空间的航行体贮存量,增加航行体的机动性和灵活性,折叠布局成了发展趋势。栅格翼具有升力特性好、压心变化小、方便折叠等优点,借鉴栅格翼在气动力方面的优势,将栅格翼布局应用到水下航行体上,水下空化现象属于非定常两相流动。本文利用FLUENT软件并进行二次开发,自主编写程序使用UDF技术,采用重叠网格方法,对折叠栅格翼的动态展开过程进行数值模拟。首先,为了验证算法的可靠性,对三维栅格翼进行了空泡绕流计算,并和相关文献作比较,计算结果和实验数据吻合较好。其次,进行翼型优化设计研究。对六种不同栅格翼翼型进行数值模拟。研究表明:尖锐的栅格壁剖面形状可以明显提高栅格翼升阻比。并分析了空化数、攻角、布局方式、边框厚度和格片间距对栅格翼水动力性能的影响,总的来说,局部空泡的产生会降低栅格翼的升阻比。然后,研究了在不同来流速度(20m/s、25m/s和30m/s)和水深(15m、20m和25m)下,单个栅格翼动态展开情况。研究表明:栅格翼从折叠状态到展开10°所需时间大致相同,该过程主要受到扭簧力矩影响,受来流速度和深度影响不大。最后,通过求解六自由度运动方程,运用UDF技术,研究航行体不同初始攻角(0°、5°和10°)下,4个栅格翼展开对航行体稳定性的影响。研究表明:不同攻角下栅格翼展开具有较好的同步性,在栅格翼展开过程中,航行体攻角逐渐变小,航行体具有弹道稳定性。
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