基于EFD的巡逻艇运动横稳性影响因素研究.pdf
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1、第45卷第16 期2023年8 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.16Aug.,2023基于EFD 的巡逻艇运动横稳性影响因素研究王飞,郑小龙2 3,焦俊2 3,罗朋2.3,李成华2.3(1.中国船舶集团有限公司第六五研究院,广东广州510 2 50;2.中国特种飞行器研究所高速水动力航空科技重点实验室湖北荆门448 0 35;3.中国特种飞行器研究所水动力研究中心,湖北荆门448 0 35)摘要:针对高速执法巡逻艇因火炮射击后坐力而导致的横向失稳问题,本文采用基于试验流体力学(E FD)的方法,对高速巡逻艇模型在航行中受外力冲击的运动横稳性进
2、行敲击试验模拟。首先对巡逻艇模型开展静水面拖电试验,选定敲击试验状态;然后开展不同重心高度、不同外力冲量、不同航速的敲击试验,研究以上因素对巡逻艇运动横稳性的影响规律。结果显示,模型重心高度越高、外力冲量越大、航速越低,将会导致巡逻艇模型的运动横稳性越差。研究表明,基于EFD的高速艇航行横稳性研究方法是可行的,对高速艇的型线优化设计及火炮系统选型具有重要意义。关键词:巡逻艇;EFD;冲击;横稳性;火炮系统中图分类号:V661.3文章编号:16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)16-0 0 17-0 4Research on the factors affecting the transv
3、erse stability of patrol boat based on EFD(1.Guangzhou Marine Engineering Corporation,Guangzhou 510250,China;2.China Special Vehicle Research Institute Key AviationScientific and Technological Laboratory of High-speed Hydrodynamic,Jingmen 448035,China;3.China Special Vehicle ResearchAbstract:In orde
4、r to solve the problem of lateral instability of high speed law enforcement patrol boat caused by therecoil of artillery fire,this paper adopts the method based on Experiment Fluid Dynamics(EFD),the dynamic stability of ahigh-speed patrol boat model under the impact of an external force is simulated
5、 by a percussive test.First,the model of patrolboat is tested by dragging on the surface of still water,and then the percussive test is carried out with different center of grav-ity height,different external impulse and different speed,the influence of above factors on the transverse stability of pa
6、trolboat is studied.The results show that the higher the height of the center of gravity,the higher the external impulse and thelower the speed,the worse the transverse stability of the model will be.The results show that the EFD method is feasible,which is of great significance to the shape optimiz
7、ation design of high-speed craft and the selection of artillery system.Key words:patrol boat;EFD;impulse;transverse stability;artillery system0引言火炮系统作为现代武器装备体系的重要组成部分,在现代战争中的重要性日益凸显。面对国内外日益增长的中小型舰艇火炮加装需求,如何评估火炮加装后对中小型舰艇稳定性能产生的影响成为急需解决的问题。近年来,为维护海洋主权以及国家海洋经济稳定发展,执法巡逻艇设计技术也得到了快速发展,针对发射炮弹对巡逻艇稳定性研究成为一项重
8、要的研究课收稿日期:2 0 2 2-0 7-14基金项目:民机专项研究项目(MJZ-2018-F-10)作者简介:王飞(197 4),男,高级工程师,研究方向为船舶作战系统总体设计。文献标识码:AWANG Fei,ZHENG Xiao-long,JIAO Jun3,LUO Peng*,LI Cheng-hua?3Institute Hydrodynamic Research Center,Jingmen 448035,China)doi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.16.004题。高速执法艇一般在航行时完成射击,当发射大口径炮弹时,产生的后坐力必然对巡逻艇施加一
9、个横向倾斜力矩,破坏船舶的平衡状态。尤其是在风浪条件复杂的开阔水域,巡逻艇在运动中产生摇荡,多自由度运动耦合进一步增大巡逻艇倾覆的可能性,对人员及船艇的安全性造成巨大威胁。因此,开展炮弹后坐力对高速巡逻艇的稳定性研究,对掌握高速航行状态下巡逻艇射击炮弹的安全口径范围显得尤为重要。目前,国内外针对高速艇的横稳性主要通过数值18模拟和水池试验的方式对其横稳性损失问题进行研究。一般采用固定横倾角模型试验或无航速静稳性试验1-4,而对于高速艇在有航速的状态下也仅进行了对船体施加固定横倾力矩的横稳性数值模拟5,鲜有学者开展瞬时外力对高速滑行艇横稳性的影响研究。本文基于模型拖电与外力瞬时冲击耦合的方法,针
10、对某高速滑行状态的巡逻艇模型进行多种外力作用方式下的横摇运动模拟,得到巡逻艇模型的横摇幅值及横摇衰减特性,分析不同外力形式对巡逻艇运动横稳性影响的规律,得到一种模拟炮弹后坐力对巡逻艇横稳性影响的试验分析方法。1试验模型及方案设计外力冲击下的巡逻艇运动横稳性试验依托中国特种飞行器研究高速水动实验室开展。其高速拖电试验水池及其配套的拖车、造波机等高速水动力试验设备技术指标如下:1)水池主尺度池长510 m,池宽6.5m,池深6.8 m,水深5.0 m。2)拖车性能速度范围0.1 2 5m/s,车速稳定精度优于0.1%。3)造波机性能规则波波长0.5 15m,波高0.0 3 0.50 m;各类长峰不
11、规则波。4)测试手段试验数据采集和处理分析自动化。1.1试验模型选用的高速巡逻艇模型如图1所示。船模总长L为2 8 40 mm,折角线宽为445mm,排水量为12 8 kg,尾部的船底斜升角为18。在船体坐标系中,以基线为X轴,向首为正;船宽方向为Y轴,向左为正;垂向为乙轴,向上为正。综合各方面因素考虑,船模缩尺比选择为5:1。图1巡逻艇模型Fig.1 Planning craft model1.2试验方案与常规的船模拖曳试验不同,火炮后坐力冲击下的巡逻艇运动横稳性试验除了要模拟模型定速滑行外,还要模拟在运动过程突然受到的瞬时外力冲击,因此需要对火炮后坐力的施加形式进行特殊设计。安装于巡逻艇上
12、的武器装备在发射过程中,对艇舰船科学技术体存在一个反作用力的作用,即为后坐力。由于火炮发射对艇体产生冲量,而冲量是力的时间累积效应的量度,为矢量,通常用于求解短暂过程(如撞击)物体间的作用力,试验较难模拟。因此,采用动量等效模拟火炮发射时的反作用力。在艇体甲板面上方搭建一个L型滑道,采用1枚球形弹丸以指定的高度自由落体。以某一水平速度敲击艇体,模拟炮弹后坐力产生的瞬时冲量,如图2 所示。图2 敲击试验模型Fig.2Percussive experimentmodel敲击点贴压力应变片以测量敲击力的变化时历曲线,安装在巡逻艇模型中的倾角传感器可对模型横摇角的变化进行实时测量。冲量与动量按下式进行
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