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跨介质航行器多体分离特性分析

汪帅 董萌 王升

汪帅, 董萌, 王升. 跨介质航行器多体分离特性分析[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(1): 1-7 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0022
引用本文: 汪帅, 董萌, 王升. 跨介质航行器多体分离特性分析[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(1): 1-7 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0022
WANG Shuai, DONG Meng, WANG Sheng. Analyze of Trans-medium Vehicle Multi-body Separation[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0022
Citation: WANG Shuai, DONG Meng, WANG Sheng. Analyze of Trans-medium Vehicle Multi-body Separation[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0022

跨介质航行器多体分离特性分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0022
详细信息
    作者简介:

    汪帅:汪 帅(1992-), 男, 博士, 工程师, 主要研究方向为跨介质航行器总体技术

  • 中图分类号: TJ63

Analyze of Trans-medium Vehicle Multi-body Separation

  • 摘要: 结合计算流体力学数值仿真和动力学模型仿真对跨介质航行器水下分离舱张开特性进行了研究, 重点分析了分离舱在分离前后不同状态下所受的流体动力。分析结果表明: 1)在合适外形下, 分离舱可仅在水动力作用下完成与航行器的分离; 2)分离舱受力主要受张开角大小及张开角速度影响, 不同张开角下的分离力矩产生主要机制不同, 小张开角时分离舱张开主要依靠外表面分离区低压所产生的内外压差, 流体力矩主要依靠分离舱前段产生, 大张开角时则主要依靠水流冲击引起的法向力, 力矩主要依靠分离舱中后段产生; 3)分离舱张开角较小时分离舱所受流体阻尼力矩极大, 导致分离初始阶段分离舱难以迅速张开, 随着张开角变大, 流体阻尼力矩系数逐渐减小, 分离舱张开角速度迅速变大。因此, 在设计分离舱水下分离时, 应设计合适外形和分离方式来降低分离舱初始流体阻尼力矩。

     

  • 图  1  跨介质航行器结构示意图

    Figure  1.  Structure of the trans-medium vehicle

    图  2  计算网格

    Figure  2.  Computational mesh

    图  3  分离舱内外表面压力沿轴向分布图

    Figure  3.  Inner and outer axial pressure distributions of the separating capsules

    图  4  张开角0°时流场速度及流线分布图

    Figure  4.  Flow field velocity and streamline distributions at opening angle 0°

    图  5  分离舱所受力矩随张开角变化曲线

    Figure  5.  Curve of moment of separating capsules versus opening angle

    图  6  张开角分别为0.5°和5°时压力分布

    Figure  6.  Pressure distribution at opening angle 0.5°and 5°

    图  7  分离舱力矩随张开角和张开角速度变化曲线

    Figure  7.  Curves of moment of separating capsules versus opening angle and opening angular velocity

    图  8  阻尼力矩系数随张开角变化曲线

    Figure  8.  Curve of damping moment coefficient versus opening angle

    图  9  分离舱张开角随时间变化曲线

    Figure  9.  Curve of opening angle of separating capsules versus time

    图  10  分离舱所受力矩随时间变化曲线

    Figure  10.  Curve of moment of separating capsules versus time

    图  11  CFD与动力学模型分离舱张开角计算结果对比

    Figure  11.  Comparison between the simulation results of separating capsules opening angle of CFD and dynamic model

    图  12  CFD与动力学模型分离舱所受力矩计算结果对比

    Figure  12.  Comparison between the simulation results of separating capsules moment of CFD and dynamic model

  • [1] 徐新栋, 李建辰, 曹小娟. 鱼雷缓冲头帽入水冲击性能研究[J]. 鱼雷技术, 2012, 20(3): 161-165.

    Xu Xindong, Li Jianchen, Cao Xiaojuan. Water-entry impact performance of torpedo’s cushion nose cap[J]. Torpedo Technology, 2012, 20(3): 161-165.
    [2] 严忠汉. 试论鱼雷入水问题[J]. 中国造船, 2002, 43(3): 88-93. doi: 10.3969/j.issn.1000-4882.2002.03.013

    Yan Zhonghan. A brief review of water-entry problems for torpedo[J]. Shipbuilding of China, 2002, 43(3): 88-93. doi: 10.3969/j.issn.1000-4882.2002.03.013
    [3] 权晓波, 包健, 孙龙泉, 等. 基于耦合欧拉-拉格朗日算法的航行体缓冲头帽冲击性能[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 851-860. doi: 10.12382/bgxb.2021.0168

    Quan Xiaobo, Bao Jian, Sun Longquan, et al. Impact performance of cushion nose cap of underwater vehicle based on CEL method[J]. Acta Armamentarii, 2022, 43(4): 851-860. doi: 10.12382/bgxb.2021.0168
    [4] 李鸿, 李光磊, 刘志远, 等. 基于流固耦合的降载空化器高速入水数值研究[J]. 振动与冲击, 2021, 40(23): 254-259.

    Li Hong, Li Guanglei, Liu Zhiyuan, et al. Numerical simulation of high-speed water entry of cavitator with load reduction device based on fluid-structure interaction[J]. Journal of Vibration and Shock, 2021, 40(23): 254-259.
    [5] 潘瑛, 徐德民, 宋保维, 等. AUV水下分离运动及分离方式研究[J]. 西北工业大学学报, 2004, 22(4): 505-508.

    Pan Ying, Xu Demin, Song Baowei, et al. On the kinematics and mode selection for separation motion of AUV[J], Journal of Northwestern Polytechnical University, 2004, 22(4): 505-508.
    [6] 曹廷旭, 宋保维, 潘光. 水下航行器载荷分离模型的建立与仿真[J]. 鱼雷技术, 2004, 1(3): 17-19.

    Cao Tingxu, Song Baowei, Pan Guang. Dynamics model and simulation for an AUV load separating[J]. Torpedo Technology, 2004, 1(3): 17-19.
    [7] 何振民, 刘广涛, 王宝寿, 等. 水下高速航行体分离特性数值研究[C]//第十一届全国流体力学学术会议论文摘要集. 深圳: 中国力学学会, 2020.
    [8] 宋保维, 邵成, 李家旺, 等. 自主式水下航行器载荷水下浮力解脱分离方法[J]. 兵工学报, 2007, 28(2): 249-252. doi: 10.3321/j.issn:1000-1093.2007.02.028

    Song Baowei, Shao Cheng, Li Jiawang, et al. A new method of load separation from autonomous underwawer vehicle[J]. Acta Armamentarii, 2007, 28(2): 249-252. doi: 10.3321/j.issn:1000-1093.2007.02.028
    [9] 宋金梁, 申洪彬, 刘继鑫, 等. 多级可分离式AUV系统设计与仿真分析[J]. 海洋工程, 2019(5): 107-116.

    Song Jinliang, Shen Hongbin, Liu Jixin, el al. Design and CFD simulation analysis of a multistage separable AUV[J]. The Ocean Engineering, 2019(5): 107-116.
    [10] 白治宁, 王明洲, 王旅, 等. 雷箭分离时运载器-分离舱组合体运动特性非定常数值仿真[J]. 水下无人系统学报, 2018, 26(2): 122-128.

    Bai Zhining, Wang Mingzhou, Wang Lü, et al. Unsteady numerical simulation on motion characteristics of combination of rocket and separating-capsules during torpedo-rocket separation[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2018, 26(2): 122-128.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-19
  • 修回日期:  2016-12-18
  • 录用日期:  2023-05-08
  • 网络出版日期:  2024-01-29

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