浮筒发射装置设计及稳定性研究

作     者：张雪静 

作者单位：北华航天工业学院 

学位级别：硕士

导师姓名：韩文仲;赵梦梦

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：发射平台 无动力上浮 稳定性 数值模拟 结构设计 

摘      要：目前,跨介质飞行器成为国内外军事领域研究的热点和方向之一,本课题开展该领域水下发射技术研究中的水下上浮发射平台技术,围绕着水下浮筒发射技术中所涉及的稳定性、构型设计、试验技术等进行研究,主要工作如下:(1)完成了浮筒发射装置的上浮稳定性分析。建立了浮筒发射装置上浮过程动力学模型,完成了流体动力学计算,实现了浮筒发射装置稳定性分析,根据稳定性计算结果,设计了两种不同外形的浮筒,依据相似准则数对装置进行缩尺模型设计,完成了该模型的上浮过程和发射过程理论分析。(2)利用流体力学分析软件STAR-CCM+对浮筒上浮过程进行数值仿真。数值计算采用有限体积法和重叠网格技术求解非定常雷诺平均N-S方程和RNG k-?湍流模型,分别对两种外形在初始偏转角度为0°、3°、6°三种工况的装置上浮过程进行仿真。计算结果表明:相同装置在不同角度下从静止状态上浮,上浮加速度相同,装置最终接近水面时的速度也相同;初始偏转角度越大,装置上浮过程的摆动角度越大,其角速度变化越大,装置达到稳定上浮状态时间越长。(3)搭建上浮装置试验和测量系统,包括上浮平台控制系统、高速影像测量系统,试验水箱、给水/抽水系统等。开展上浮试验研究,包括两种外形在初始偏转角度为0°、3°、6°三组工况的上浮试验。通过对高速摄影获得的试验图像,采用数值拟合方法进行数据分析,并进行处理,获得在不同工况浮筒发射模型上浮速度、上浮加速度、偏转角度和加速度随高度的变化规律。比较数值仿真和计算结果,试验与数值仿真结果基本一致,得到了发射上浮装置在上浮过程的一般性规律,能够为水下上浮发射平台的工程应用设计提供参考数据。