海浪与近水面爆炸兴波联合作用下舰船运动特性研究

作     者：骆霄 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖巍;叶帆

授予年度：2023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：近水面爆炸 ALE方法 海浪参数 船体运动 

摘      要：关于近水面爆炸方面,前人研究大多集中于水下爆炸冲击波和气泡,对于爆炸后期产生的兴波研究的较少。但是在真实海战中,爆炸兴波对于舰船的抨击作用也不容小觑。尤其是在近水面爆炸时,会产生更大的兴波,这对舰船的威胁往往是致命的。因此探究近水面爆炸兴波形成的机理,分析不同参数对兴波的影响规律,这对提高水面舰艇的生命力有重要意义。本文通过数值仿真的方法对近水面爆炸兴波进行模拟分析,主要探究爆炸兴波的形成机理以及爆炸参数对兴波的影响规律。在考虑近水面阵列爆炸的情况下,分析不同的布阵方式对兴波特性的影响,基于以上分析后,选取适当的工况,对兴波作用下的船体运动特性进行探讨,记及海浪的影响,探究爆炸兴波在海浪场中的传播规律,分析海浪与兴波联合作用对船体运动的影响。论文的主要工作有:(1)首先对所使用的S-ALE方法进行介绍,之后基于S-ALE方法对海浪以及近水面爆炸进行模拟计算。对比二阶stokes波的理论结果,包括波形和流体质点速度,进而验证了海浪计算方法的正确性。最后对近水面爆炸兴波模拟方法进行验证,建立水面爆炸仿真模型,通过对比兴波高度预测公式,验证了近水面爆炸模拟方法的正确性。(2)根据建立的近水面爆炸计算模型,对近水面爆炸兴波的生成及演化规律进行分析。针对兴波波面的传递规律,拟使用海浪参数描述兴波特征,对兴波生成的机理和现象进行解释。分析爆炸参数对水面兴波特性的影响,最后选取适当的工况对爆炸兴波作用下的船体运动特征进行分析。(3)针对近水面阵列爆炸,基于单爆源兴波传递规律的基础,进一步考虑同等装药配比的阵列爆炸兴波特性,并探究不同空间参数对于阵列爆炸兴波特性的影响。在得到不同空间参数对其影响规律以后,选取适当的工况,建立简化的船体模型,分析近水面阵列爆源的不同布阵方式对于船体运动特性的影响。(4)考虑海浪场参数(波高、波长、相位)对爆炸兴波的影响,在了解爆炸兴波在海浪场传播特性后,分析海浪参数与兴波的叠加效应。通过探讨海浪参数对兴波威力增益效果,选取适当的工况,分别探究单爆源爆炸兴波以及阵列爆源爆炸兴波与海浪联合作用下对舰船运动响应的影响,揭示海浪场中的近水面爆炸对舰船毁伤规律。