基于水流场多阶弯曲振型壁面振动减阻研究.pdf

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1、硕士学位论文基于水流场多阶弯曲振型壁面振动减阻研究RESEARCHONDRAGREDUCTIONINFLOWFIELDBYMULTIORDERBENDINGMODE朱凌南哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB126学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工程硕士学位论文基于水流场多阶弯曲振型壁面振动减阻研究硕士研究生：朱凌南导师：谢涛教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB126U.D.C:530DissertationfortheMaste

2、rDegreeinEngineeringRESEARCHONDRAGREDUCTIONINFLOWFIELDBYMULTIORDERBENDINGMODECandidate：ZhuLingnanSupervisor：Prof.XieTaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institut

3、ion：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，水下航行器的应用范围越来越广泛，引起了越来越多国家的重视。其中外形类似潜艇、鱼雷的水下航行器在探测、救援、资源开发等军用民用领域都起到重要作用。与此同时，流场阻力严重制约着水下航行器的性能，减小阻力能够提升水下的武器和航行器动力性能并节约能源，有极高的社会和经济价值。壁面振动作为近年新兴的减阻方法，能够不改变表面结构减阻，本文以机械振动、流体动力学、压电理论为基础，设计水下壁面振动减阻模型并在其壁面粘贴压电陶瓷，实现模型的壁面振动，对其进行仿真实验研究。主要研究模型

4、迎流壁面和背流壁面的振动的减阻效果，并与侧面壁面振动进行对比分析，分析不同振动模式下的减阻效果和减阻规律。本文首先对边界层进行分析，得到摩擦阻力系数与雷诺数之间的关系，设计研究模型结构，针对近壁面湍流涡结构和边界层分离现象，确定本文主要研究壁面做三阶弯曲振动和一阶弯曲振动的减阻情况。构建仿真有限元模型，进行模态分析和瞬态分析，得到对应模态频率和壁面运动方程，进一步进行流体-固体-压电多物理场耦合仿真，计算模型水下模态，对工作频率进行修正。其次将壁面运动方程编写程序导入流场仿真软件，设施仿真边界条件并绘制边界层网格。本文针对0.4、0.5、0.6m/s流速、不同长宽比模

5、型、不同振动形式的情况进行流场仿真分析，与无振动情况进行对比，求得阻力的数值，计算其相对应的减阻率，并对减阻原理进行分析。结合理论分析和仿真结果，制作实验样机，通过阻抗特性测试和激光测振仪扫描，得到其工作频率以及相应振幅，验证仿真正确性。搭建实验平台，对不同流速、不同长宽比模型、不同振动形式进行流场减阻实验，与仿真结果分析，验证其正确性并分析误差原因。关键词：振动减阻；边界层；水下航行器；流固耦合；压电陶瓷哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,theapplicationareaofAUV(autonomousunderwaterv

6、ehicle)hasbecomewider,whichdrawstheattentionofmanycountries.TheAUVwhosestructurelookslikesubmarineortorpedoplaysanimportantroleinbothmilitaryuseandcivilianuse,suchasexplore,searchandrescue,resourceexploitation.ButtheresistancefromwaterrestrictstheenduranceabilityofAUVhardly.Byreducingdr

7、ag,theenduranceandthespeedofAUVwillbeimprovedgreatlyandcanbesavedmuchenergy.Itprovidespeoplewithhighsocialandeconomicvalues.Dargreductionbyvibrationisanewwaytoreduceflowresistanceinrecentyears.Whatmakesitspecialisthatitcanreducedragwithoutchangesurfacestructureofvehicles.Method