兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2629-2645.doi: 10.12382/bgxb.2023.0620
鲁航1,2, 刘昊然1,3, 陈泰然1,3,*(), 黄彪1,3, 王国玉1,3, 陈慧岩1
收稿日期:
2023-07-03
上线日期:
2023-11-06
通讯作者:
基金资助:
LU Hang1,2, LIU Haoran1,3, CHEN Tairan1,3,*(), HUANG Biao1,3, WANG Guoyu1,3, CHEN Huiyan1
Received:
2023-07-03
Online:
2023-11-06
摘要:
兼具陆上机动、水面航行及水陆交界地带作业能力的特种水陆两栖车辆,是未来多域协同系统中重要组成部分。以喷水推进两栖车辆为研究对象,基于船模拖曳水池试验,获得了弱约束条件下喷水推进两栖车辆的航行特性,建立了喷水推进器与两栖车辆一体化操控的数值计算方法,对喷水推进两栖车辆水动力性能展开研究并充分验证了数值计算方法的准确性,对比分析了两栖车辆设计航速下拖曳与约束自航条件下的航行特性。相比于常规的“船-泵”一体化研究,从两栖车的角度丰富了喷水推进器和水面航行体相互影响的研究。结果表明,约束自航条件下车体阻力相比无喷水推进条件下阻力增加17.6%,喷水推进器运行导致的车辆姿态变化是造成增阻的主要因素。约束自航条件与拖曳条件相比,虚长度延伸长度从-0.864 X/L(X为距车辆重心长度,L为两栖车总长)增加至-1.513 X/L。与此同时,鸡尾流波高高度与发散波面积显著增加,从0.037 H/L(H为波面高度)增加至0.061 H/L,增加了尾流场附近能量损失。
中图分类号:
鲁航, 刘昊然, 陈泰然, 黄彪, 王国玉, 陈慧岩. 喷水推进两栖车辆水面航行特性试验与数值计算研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2629-2645.
LU Hang, LIU Haoran, CHEN Tairan, HUANG Biao, WANG Guoyu, CHEN Huiyan. Experimental and Numerical Study on Navigation Characteristics of Waterjet Propulsion Amphibian Vehicle[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2629-2645.
参数 | 数值 |
---|---|
两栖车总长L/m | 2.14 |
两栖车总宽B/m | 0.87 |
两栖车高/m | 0.52 |
两栖车质量M/kg | 240.05 |
喷水推进器叶轮直径/mm | 149.5 |
喷水推进器喷口直径/mm | 105 |
喷水推进器转速/(r·min-1) | 2286 |
喷水推进器流量/(m3·s-1) | 0.108 |
喷水推进器扬程/m | 7.12 |
喷水推进器叶轮叶片数 | 6 |
喷水推进器导叶叶片数 | 8 |
表1 两栖车与喷水推进器参数
Table 1 Parameters of amphibious vehicle and waterjet propulsor
参数 | 数值 |
---|---|
两栖车总长L/m | 2.14 |
两栖车总宽B/m | 0.87 |
两栖车高/m | 0.52 |
两栖车质量M/kg | 240.05 |
喷水推进器叶轮直径/mm | 149.5 |
喷水推进器喷口直径/mm | 105 |
喷水推进器转速/(r·min-1) | 2286 |
喷水推进器流量/(m3·s-1) | 0.108 |
喷水推进器扬程/m | 7.12 |
喷水推进器叶轮叶片数 | 6 |
喷水推进器导叶叶片数 | 8 |
名称 | 参数 | 量程 | 精度 |
---|---|---|---|
拖车 | 速度/(m·s-1) | 0.1~8.0 | 0.001 |
阻力传感器 | 力/N | 1000 | 0.0005 |
三向测力天平 | 力/N | 500 | 0.001 |
纵摇传感器 | 角度/(°) | 45 | 0.1 |
升沉传感器 | 升沉值/mm | 800 | 0.1 |
转矩转速功率 测量仪 | 转矩/(N·m) 转速/(r·min-1) | -99999~99999 0~20000 | 不超过 ±0.5%FS |
表2 试验台仪器设备参数
Table 2 Test bench instrument and equipment parameters
名称 | 参数 | 量程 | 精度 |
---|---|---|---|
拖车 | 速度/(m·s-1) | 0.1~8.0 | 0.001 |
阻力传感器 | 力/N | 1000 | 0.0005 |
三向测力天平 | 力/N | 500 | 0.001 |
纵摇传感器 | 角度/(°) | 45 | 0.1 |
升沉传感器 | 升沉值/mm | 800 | 0.1 |
转矩转速功率 测量仪 | 转矩/(N·m) 转速/(r·min-1) | -99999~99999 0~20000 | 不超过 ±0.5%FS |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
G1/104 | 2082 | T1/s | 0.007 |
G2/104 | 1150 | T2/s | 0.005 |
G3/104 | 426 | T3/s | 0.0035 |
表4 不同精度下网格数和时间步大小
Table 4 Number of grids and time step size under different accuracies
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
G1/104 | 2082 | T1/s | 0.007 |
G2/104 | 1150 | T2/s | 0.005 |
G3/104 | 426 | T3/s | 0.0035 |
航行条件 | 网格与时间步 | 参数 | S1 | S2 | S3 | γ | p | USN[S1%] |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
拖曳 | 网格 | Cd | 0.0309 | 0.031 | 0.0316 | 0.167 | 2.585 | 1.786 |
时间步 | Cd | 0.0308 | 0.031 | 0.0322 | 0.0167 | 2.585 | 3.584 | |
约束自航 | 网格 | H* | 2.166 | 2.157 | 2.146 | 0.8182 | 0.290 | 4.121 |
Qrel | 0.975 | 0.969 | 0.948 | 0.286 | 1.807 | 3.653 | ||
时间步 | H* | 2.172 | 2.157 | 2.137 | 0.75 | 0.415 | 4.345 | |
Qrel | 0.977 | 0.969 | 0.938 | 0.258 | 1.954 | 4.913 |
表5 网格和时间步不确定度计算
Table 5 Grid and time step uncertainty calculation
航行条件 | 网格与时间步 | 参数 | S1 | S2 | S3 | γ | p | USN[S1%] |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
拖曳 | 网格 | Cd | 0.0309 | 0.031 | 0.0316 | 0.167 | 2.585 | 1.786 |
时间步 | Cd | 0.0308 | 0.031 | 0.0322 | 0.0167 | 2.585 | 3.584 | |
约束自航 | 网格 | H* | 2.166 | 2.157 | 2.146 | 0.8182 | 0.290 | 4.121 |
Qrel | 0.975 | 0.969 | 0.948 | 0.286 | 1.807 | 3.653 | ||
时间步 | H* | 2.172 | 2.157 | 2.137 | 0.75 | 0.415 | 4.345 | |
Qrel | 0.977 | 0.969 | 0.938 | 0.258 | 1.954 | 4.913 |
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表8 拖曳与约束自航条件中央纵剖面速度云图对比
Table 8 Comparison of velocity profiles of central longitudinal section under towing and constrained self-propelled conditions
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.03.005 |
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