[發(fā)明專利]一種水下高速航行的航行體流體結(jié)構(gòu)及模型仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210850829.5
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115042911A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小剛;白瑜亮;王帥;榮思遠(yuǎn);單永志;張梓晨;張龍;徐天富;王曉光;馬曉冬;何邦奇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B63B1/38
• 分類號: B63B1/38;B63B79/20
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發(fā)明提供了一種水下高速航行的航行體流體結(jié)構(gòu)及模型仿真方法，包括依次連接的空化器、雙錐段和柱段；雙錐段包括依次連接的前錐段和后錐段，前錐段與空化器連接，后錐段與柱段連接；前錐段的半錐角大于給定航行體半錐角，后錐段的半錐角小于給定航行體半錐角。本發(fā)明改進(jìn)后的雙錐段航行體由于肩部后移，避免了超出空泡范圍而沾濕，提升了航行體的水下航行穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下航行體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水下高速航行的航行體流體結(jié)構(gòu)及模型仿真方法。

背景技術(shù)

常規(guī)的水下高速航行體通常是由空化器、錐段和柱段三個部分組成，在水下航行體的高速航行過程中，航行體與水的高速相對運(yùn)動會使兩者之間的水發(fā)生空化現(xiàn)象，形成空泡包裹住航行體，以減小航行體受到的阻力，從而提升其航行速度以及航程。但是在某些應(yīng)用場景下由于空化數(shù)較大，航行體產(chǎn)生的空泡不能完全包裹航行體，甚至?xí)诤叫畜w的錐段部分閉合，使航行體的肩部沾濕，進(jìn)而影響航行體的穩(wěn)定性。

因此，如何提供一種可以避免出現(xiàn)肩部沾濕從而提高航行體穩(wěn)定性的水下高速航行的航行體流體結(jié)構(gòu)及模型仿真方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種新型的水下高速航行體流體結(jié)構(gòu)，將常規(guī)的單錐柱結(jié)合改為雙錐段與柱段的結(jié)合方式，保證在航行體有效容積不變的情況下，使得改造后的航行體在相同應(yīng)用場景下避免出現(xiàn)肩部沾濕影響航行體穩(wěn)定性的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明首先公開了一種水下高速航行的航行體流體結(jié)構(gòu)，包括：依次連接的空化器、雙錐段和柱段；所述雙錐段包括依次連接的前錐段和后錐段，所述前錐段與所述空化器連接，所述后錐段與所述柱段連接；所述前錐段的半錐角大于給定航行體半錐角，所述后錐段的半錐角小于所述給定航行體半錐角。

優(yōu)選的，所述空化器的直徑D_n＝0.4D，D為柱段直徑；所述航行體的長細(xì)比L/D＝17，L為航行體的長度。

本發(fā)明還公開一種水下高速航行的航行體流體結(jié)構(gòu)的模型仿真方法，包括：依據(jù)獨(dú)立膨脹原理，構(gòu)建定常條件下的Logvinovich空泡模型，其空泡模型描述的空泡形態(tài)的表達(dá)式為：

其中，x為空泡截面到頭部空化器的距離，R_c(x)為x處空泡截面的半徑，R_n為空化器半徑，x₁表示一致截面的位置，x₁＝2R_n，R₁＝1.92R_n，R_k為空泡最大半徑，L_k為空泡長度；

依據(jù)所述空泡模型，選取航行體的航行仿真工況對所述航行體進(jìn)行仿真。

優(yōu)選的，空泡最大半徑R_k和空泡長度L_k的表達(dá)式為：

其中，σ為空化數(shù)，C_x0為空化數(shù)為0時的空化器阻力系數(shù)，通過大量試驗獲得一般為0.82。

優(yōu)選的，所述航行仿真工況包括所述航行體的航行深度和航行速度。

經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

本發(fā)明改進(jìn)后的雙錐段航行體由于柱段與錐段連接處，即肩部后移，沒有與空泡邊緣接觸，所以避免了肩部沾濕，就不會對航行體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，最終說明了本發(fā)明的新型雙錐段航行體流體外形設(shè)計的有效性。

附圖說明