兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 206-218.doi: 10.12382/bgxb.2022.0503
包健1, 马贵辉1,*(), 孙龙泉1, 陈惟楚2, 李明3
收稿日期:
2022-06-09
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
BAO Jian1, MA Guihui1,*(), SUN Longquan1, CHEN Weichu2, LI Ming3
Received:
2022-06-09
Online:
2024-01-30
摘要:
针对水下发射模型试验中的模型低速落水问题,提出一种带椭球形气囊的航行体落水回收方案,两个气囊等距分布在航行体两侧,航行体与气囊之间用连接带相连。数值仿真基于Abaqus的耦合欧拉-拉格朗日方法,通过对比AUV头段入水的试验结果和仿真结果,验证数值方法的有效性。分析在不同姿态角和不同初始囊压的条件下,带气囊航行体低速落水后的运动过程、囊压变化以及连接带的受力情况。研究结果表明,航行体姿态角是影响落水-上浮过程的最重要因素,初始囊压次之;对于最大落水深度、囊压峰值、拉力峰值而言,趋于垂直落水的工况更加危险,最大落水深度为1.33倍航行体长度,最大囊压为3.7倍基准囊压,连接带最大拉力为2.2倍航行体重力。这些结论可为航行体落水回收的方案设计与结构参数设计提供参考依据。
中图分类号:
包健, 马贵辉, 孙龙泉, 陈惟楚, 李明. 带椭球形气囊航行体落水-上浮过程仿真[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 206-218.
BAO Jian, MA Guihui, SUN Longquan, CHEN Weichu, LI Ming. Simulation of Falling-floating Process of Vehicle with Ellipsoidal Airbags[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 206-218.
线性US-UP方程参数 | 物理性质参数 | |||
---|---|---|---|---|
c0/(m·s-1) | s | Γ0 | 密度/(kg·m-3) | 动力黏度/(Pa·s) |
1480 | 0 | 0 | 1000 | 0.001 |
表1 水的参数
Table 1 Parameters of water
线性US-UP方程参数 | 物理性质参数 | |||
---|---|---|---|---|
c0/(m·s-1) | s | Γ0 | 密度/(kg·m-3) | 动力黏度/(Pa·s) |
1480 | 0 | 0 | 1000 | 0.001 |
MW | |||||
---|---|---|---|---|---|
0.0289 | 28.11 | 1.967×10-3 | 4.802×10-6 | -1.966×10-9 | 0 |
表2 空气参数
Table 2 Parameters of air
MW | |||||
---|---|---|---|---|---|
0.0289 | 28.11 | 1.967×10-3 | 4.802×10-6 | -1.966×10-9 | 0 |
部件名称 | 密度/(kg·m-3) | 弹性模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|
航行体 | 1270 | 210 | 0.3 |
囊布 | 840 | 16 | 0.2 |
连接带 | 840 | 16 | 0.2 |
表3 各部件主要材料参数
Table 3 Main material parameters of each component
部件名称 | 密度/(kg·m-3) | 弹性模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|
航行体 | 1270 | 210 | 0.3 |
囊布 | 840 | 16 | 0.2 |
连接带 | 840 | 16 | 0.2 |
图7 入水过程对比(上为试验结果,下为仿真结果)
Fig.7 Comparison of water-entry processes (The upper part shows the experimental results, and the lower part shows the simulation results)
α/(°) | 最大无量纲深度 | 对应无量纲时刻 |
---|---|---|
20 | -0.90 | 3.096 |
45 | -0.97 | 3.026 |
70 | -1.24 | 2.881 |
90 | -1.33 | 3.083 |
表5 各姿态角下带气囊航行体落水最大无量纲深度
Table 5 Maximum dimensionless falling depths of vehicle with airbags at different attitude angles
α/(°) | 最大无量纲深度 | 对应无量纲时刻 |
---|---|---|
20 | -0.90 | 3.096 |
45 | -0.97 | 3.026 |
70 | -1.24 | 2.881 |
90 | -1.33 | 3.083 |
姿态角α/(°) | 最大无量纲 拉力 | 起主要作用的 连接带编号 |
---|---|---|
20 | 0.98 | 3和4 |
45 | 0.79 | 3和4 |
70 | 0.94 | 3和4 |
90 | 2.01 | 3 |
表6 各姿态角下单侧连接带承受的最大无量纲拉力
Table 6 Maximum dimensionless tensile forces of one-side connecting belt at different attitude angles
姿态角α/(°) | 最大无量纲 拉力 | 起主要作用的 连接带编号 |
---|---|---|
20 | 0.98 | 3和4 |
45 | 0.79 | 3和4 |
70 | 0.94 | 3和4 |
90 | 2.01 | 3 |
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