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波浪模拟及其对航行体出水过程的影响研究

姜涛  
【摘要】:导弹在近水面航行时,其运动不可避免地受到波浪的影响,从而使运载器的弹道出水参数发生改变,加之导弹出水本来就是涉及两相交界,气、液掺混剧烈的过程,其表面受力十分复杂,因此,波浪力的作用有可能使得弹体所受的非对称力变得更加复杂,导致其俯仰角、偏航角的改变,影响导弹飞行姿态,甚至破坏弹体结构,使发射失败。因而,研究潜射导弹出水过程中波浪力对其力学参数、运动参数的影响便凸显重要性。 在进行波浪力对导弹出水过程影响研究过程中,实验的方法无疑是最为耗时耗力的一种手段,而且需要耗费巨大的成本,因此通过数值模拟的手段实现这一过程便凸显其意义。其中,建立数值波浪水槽又是这项研究开展的基础。能否准确的模拟分析导弹出水过程中波浪力对其影响,最重要的一点便是生成高品质的波浪,基于这一点才能准确有效的分析弹体受力以及各项参数的变化。本文基于Flunet软件,首先通过入射边界造波法对不同等级、不同类型的波浪进行数值模拟,分析各计算方案得到的波浪品质,优化造波参数,选取最佳造波模型。 在得到最佳数值波浪模型的基础上,建立三维计算模型,耦合导弹动态发射过程,进行全三维多场多相耦合计算分析,深入研究波浪对导弹出水过程的影响。本文基于五级海情,分别通过静态弹体冲击模拟、导弹一自由度、六自由度垂直发射分析研究不同相位的波浪力及其对弹体力学特性影响。静态弹体冲击模拟过程清晰地给出了一个完整波浪周期内,弹体所受流体力变化规律及其量级,为后续研究工作奠定基础。导弹动态出水过程中,弹体将从不同波浪相位处穿越气水交界面,以此分析研究不同波浪相位对弹体受力及载荷的影响。研究结果表明,波峰和波谷位置对弹体形成的流体冲击力方向相反,波峰位置受力略大。 波浪对弹体姿态的影响通过六自由度数值仿真方法加以研究。弹体以垂直姿态发射,在自由液面位置波浪力的影响下,其俯仰角将发生改变,弹体位置也将偏移。仿真结果同样表明,导弹出水姿态的改变将导致其受力变化,波浪力影响具有放大效应。


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