带尾翼通气超空泡航行体流体动力数值模拟

【摘要】：超空泡减阻技术可以极大的减小水下航行体所受阻力，使水下航行体的运动速度极大地提高。目前，世界各国都开展了对超空泡技术的研究 尽管超空泡鱼雷航行速度极快，但是机动性能差是超空泡鱼雷的一个弱点。对超空泡航行体来说，一般只有空化器和尾翼（有的不包括尾翼）为沾湿处，沾湿处可以用来提供超空泡武器稳定直航和机动时所需的升力、侧向力、俯仰力，以及侧向力力矩和俯仰力矩等，是实现水下航行体有效机动的主要部分。 本文对带尾翼超空泡航行体的空泡形态及流体动力进行了数值仿真，主要研究内容如下： 建立了所研究对象的计算模型，并针对不同的参数选择对计算结果的影响进行了分析。研究表明，对通气空泡而言，多相流模型的选择对计算结果影响最大，湍流模型对计算结果也有较大影响，时间步长的选择对计算结果整体影响不大，但更小的时间步长能捕捉到更细微的空泡形态和流体动力的变化。 对稳定航行状态下有无尾翼，不同通气量，不同航速，不同纵向攻角，以及不同尾翼后掠角对航行体流体动力及空泡形态的影响进行了分析。 针对尾翼对航行体姿态的控制作用，分别研究了尾翼主动转动对航行体流体动力的影响和航行体受扰动后尾翼对航行体稳定性的影响。结果表明，尾翼主动转动对航行体的控制力与尾翼刺穿空泡的深度密切相关，而重力和航行体攻角对空泡形态产生的影响均会对尾翼刺穿空泡的深度产生影响；在航行体受扰动后的摆动过程中，尾翼可以减小航行体摆动幅度和周期，可以明显提高航行体稳定性。