超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟.pdf

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1、第l9卷第7期船舶力学V0lIl9No．72015年7月JournalofShipMechanicsJu1．2015文章编号：1007—7294(2015)07—0765—08超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟佟力永(海军装备部，北京100841)摘要：舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(ShearStressTransport)湍流模型，计算了单独舵片的流体动力特性，并与试验数据进行了对比，结果符合较好，验证了计算模型的有效性。基于此方法，计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的

2、非定常流体动力变化。结果表明，在攻角相同时，操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大，而非定常阻力系数大于定常结果，并且操舵速度越快，阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数，结果显示在攻角相同时，舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果；在空化状态下，舵片升力系数的斜率小于全湿状态，并且舵片升力系数的斜率是变化的，存在某临界攻角，攻角大于此临界值时，升力系数的斜率减小，而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角；操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致，但是数值偏小。关键词：流体力学；楔

3、形舵片；超空泡流动；数值模拟中图分类号：U661．4文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—7294．2015．07．002Numericalsimulation0nhydrodynamiccharacteristics0fruddersn●-●l●l●'●·■0tsuoercavltatingvehicle0nmaneUVerlngconditi0nTONGLi-yong(NavalEquipmentDepartment，Beijing100841，China)Abstract：Thecontroltechnologyo

4、fsupercavitatingunderwatervehicleisoneofthemostimportantmeth—odsforoptimizingthetrajectoryofsupercavitatingunderwatervehicles，andthecriticalpointofwhichistheruddercontro1．Basedonthehomogeneousmode1andSSTturbulentmodel，theliftcoefficientofasinglerud—derwasobtained，andthedataf

5、itwellwiththeexperimentresult．Usingthesamemethod，theliftanddragcharacteristicsofthesinglerudderaresimulatedwhiletheattackangleischanged．Theresultsshowthattheliftcoeficientofthetransientresultisbiggerthanthatofthesteadyresult．Thentheliftanddragcharacter-istiesofthesinglerudde

6、raresimulatedwhencavitationoccurs．Theresultsshowthatthereisacriticalat—tackangleatwhichtheslopeoftheliftcoefficientcurvedecreases．Theliftanddragcoefficientdecreaseswhencavitationoccurs．Keywords：hydrodynamics；wedge——shapedrudder；supercavitatingflow；numericalsimulation0引言利用超空泡

7、技术突破水下航行速度屏障已经成为国内外学者研究的热点问题。不同于常规的水收稿日期：2015—04-15作者简介：佟力永(1978-)，男，硕士生，E-mail：zhangwenya@126．COrn。766船舶力学第19卷第7期下航行体，超空泡航行体表面被气体空泡包络，基本丧失水的浮力作用，航行体主要依靠其头部空化器和舵片控制面等沾湿部件提供控制力和力矩。舵片作为超空泡航行体重要的控制部件，对航行体弹道控制及稳定性有着重要的影响。超空泡航行体的舵片部分处于空泡内部，部分刺穿空泡边界与水接触，其周围介质环境和压力环境变化剧烈。而且由于空泡本身存在

8、着复杂的空泡动力学行为，控制面与空泡表面之间存在着复杂的非线性力作用『1]。随着现代战争对水下航行体精确打击能力和机动性能要求日益提高，深入揭示超空化