本研究主要来源于国家自然科学基金项目1项、国防基础科研项目2项、横向项目4项。本研究成果在军事方面可用于航行体出水空泡溃灭载荷预报、航行体出水姿态预测、为航行体出水主动通气技术应用提供参考。民用方面可用于大型船舶气泡减阻、海洋平台月池设计。 回转体高速穿越水面是航行体出水的核心问题，回转体高速运动过程中会在回转体表面产生自然空泡，空泡脱落、溃灭产生的随机载荷会对回转体产生强烈冲击和振动，从而影响回转体的运动姿态。主动通气技术是一种提高运动姿态稳定性的有效手段，即在回转体表面开通气缝或通气孔，在回转体运动过程中将气体排出，最终形成相对稳定的空泡，从而使回转体的水动力外压载荷可控，进而控制回转体的运动姿态。 为了得到回转体空泡溃灭载荷指导回转体结构设计，通过突破主动通气技术控制回转体运动姿态，本项目基于可压缩流体动力学理论建立了回转体空泡溃灭载荷预示方法，揭示了回转体空泡溃灭特征与载荷特性。基于相似理论提出了减压条件下回转体垂直运动试验技术，在此基础上，形成了通气空泡控制技术，揭示了均匀气泡覆盖层生成机制。基于不确定性分析理论提出了空泡融合及回转体运动姿态不确定性量化方法，揭示了均匀气泡改善回转体运动轨迹及姿态稳健性作用机制。本项目的主要研究成果和技术性能指标如下： 1. 基于可压缩流体动力学理论，计及回转体非线性运动特性，创新性的提出了非线性双渐近方法。在此基础上，考虑空泡溃灭特性、自由面穿越特征，结合结构动力学理论，建立了回转体空泡溃灭载荷预示方法，与传统技术相比该方法可以提高计算效率、节省计算时间实现快速预报。 2. 提出了减压条件下回转体垂直运动试验技术，研制了一套包括减压系统、通气系统、运动系统等的均匀气泡试验装置，提出了一种包含通气回路的均匀气泡试验模型设计方法。与传统技术相比该技术可以实现空化数相似、傅汝德数相似，实现了在回转体表面形成均匀气泡。 3. 基于空泡动力学理论与回转体垂直运动试验技术提出了空泡融合准则，通过对不同通气参数、通气孔参数、运动参数下均匀通气试验结果分析，形成了通气空泡控制技术，该技术可以实现回转体表面通气气泡的均匀、可控。 4. 基于非嵌入式混沌多项式展开的不确定性分析理论提出了空泡融合及回转体运动姿态不确定性量化方法。与传统技术相比该方法可以实现在少量样本情况下预报随机条件下回转体姿态置信区间。

哈尔滨工程大学

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