[發明專利]一種水下高速航行的航行體流體結構及模型仿真方法

在審

• 申請號: 202210850829.5
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115042911A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 王小剛;白瑜亮;王帥;榮思遠;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）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B63B1/38
• 分類號: B63B1/38;B63B79/20
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發明提供了一種水下高速航行的航行體流體結構及模型仿真方法，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。本發明改進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定性。

技術領域

本發明涉及水下航行體技術領域，具體涉及一種水下高速航行的航行體流體結構及模型仿真方法。

背景技術

常規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動會使兩者之間的水發生空化現象，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。但是在某些應用場景下由于空化數較大，航行體產生的空泡不能完全包裹航行體，甚至會在航行體的錐段部分閉合，使航行體的肩部沾濕，進而影響航行體的穩定性。

因此，如何提供一種可以避免出現肩部沾濕從而提高航行體穩定性的水下高速航行的航行體流體結構及模型仿真方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種新型的水下高速航行體流體結構，將常規的單錐柱結合改為雙錐段與柱段的結合方式，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用場景下避免出現肩部沾濕影響航行體穩定性的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明首先公開了一種水下高速航行的航行體流體結構，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；所述航行體的長細比L/D＝17，L為航行體的長度。

本發明還公開一種水下高速航行的航行體流體結構的模型仿真方法，包括：依據獨立膨脹原理，構建定常條件下的Logvinovich空泡模型，其空泡模型描述的空泡形態的表達式為：

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行仿真。

優選的，空泡最大半徑R_k和空泡長度L_k的表達式為：

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

優選的，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。

經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明的有益效果包括：

本發明改進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定性產生影響，最終說明了本發明的新型雙錐段航行體流體外形設計的有效性。

附圖說明