基于动网格的两栖车航行特性数值模拟研究

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1、基于动网格的两栖车航行特性数值模拟研究赵彬2015年1月中图分类号：U674.78UDC分类号：621基于动网格的两栖车航行特性数值模拟研究作者姓名赵彬学院名称机械与车辆学院指导教师张敏弟副教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位级别工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Numericalsimulationfornavigatingcharacteristicsofamphibiousvehiclesbasedondynamic-meshmodelCandidateName：Bi

2、nZhaoSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.MindiZhangChair,ThesisCommittee：Prof.ChaochenMaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明

3、本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要两栖车辆在特定地理环境中具有不可替代的作用，由于独特的行使特性，其研究已成为各国国防科研的重要部分之一。对于高速两栖车辆，优良的水上动态特性对其安

4、全行驶具有重大作用。目前，国内外关于两栖车的研究主要采用拖模实验与数值模拟两种方法。在两栖车的数值模拟分析方面，国内主要开展了两栖车辆的减阻及外形优化设计等方面研究。由于真实海况下两栖车航行时始终处于升沉和纵摇的耦合运动状态，通常数值模拟方法无法有效分析两栖车在静水中的水动力特性。为此本论文建立了基于动网络技术的两栖车辆水上航行动力特性的流固耦合数值模拟方法，将其应用于轮式两栖车辆水上航行特性的研究，并与实验结果进行了对比。具体研究内容分为以下几个部分：建立了基于网格光顺的两栖车水上航行动态网格数值计算方法。针对两栖车辆在水

5、中的运动过程，对比了静态网格技术和动态网格技术方法，确定了动态网格技术相比于静态网格技术的先进性和可行性，选择了网格光顺作为本文计算的动网格方法，并对网格的无关性进行了验证，且对比确定了多相流模型、湍流模型，建立了两栖车水上航行流场数值模拟方法。构建了能够模拟两栖车水上运动的数学模型。通过车辆振动的流固耦合运动方程，基于ANSYS—CFX的Fortran语言的二次开发，结合CEL语言和CFD软件，将两栖车水上航行运动分解为升沉和纵倾两个自由度的运动，建立了能够描述车体和流场之间的流固耦合方程和车体振动响应的结构动力学模型，由

6、此形成了一种有效的非定常流动流固耦合计算分析方法。分析了轮式两栖车水上航行特性，并与实验结果进行了对比，验证了两栖车水上航行动态网格数值模拟和运动数学模型方法的可行性。研究了车体航行姿态、受力特性、浮态、绕流场、阻力特性和功率特性等，分析了不同速度下航行姿态和受力特性的变化过程，浮态和绕流场的变化规律。将数值模拟与实验结果进行了对比，两者吻合程度较好。由此可见，基于动态网格技术，结合两栖车车体和流场之间的流固耦合算法的数值模拟方法能够有效分析高速两栖车的水上航行特性。关键词：两栖车，航行特性，动网格技术，数值模拟，流固耦合I

7、北京理工大学硕士学位论文AbstractAmphibiousvehicleplaysanirreplaceableroleinaparticulargeographicalenvironment.Duetotheuniquecharacteristicsoftheamphibiousvehicle,itisimportantfornationaldefensetostudyamphibiousvehicle.Forthesakeofsafenavigation,high-speedamphibiousvehicleshoul

8、dkeepexcellentdynamiccharacteristic.Towingtrialandnumericalsimulationareforresearchingdynamiccharacteristicofamphibiousvehicle.Underthestablecond