水漂动力学建模与仿真

• 作 者: 赵坤
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 水漂动力学 数值计算 陀螺特性 姿态和轨迹

水漂现象是生活中常见的物理现象，近年来在工程领域中积聚了许多类似于水漂现象的工程问题亟待解决，水漂问题值得人们关注。目前，水漂问题的理论研究工作尚待建立，实验工作也刚刚开展。对于水漂体水中阶段的水动力问题以及弹跳动力学特性有待进一步研究和解决。本文通过理论建模、数值计算和动力学特性分析相结合的方法对水漂体的水动力以及连续弹跳动力学特性进行了深入研究，一下为本文的主要研究内容和成果：（1）为解决水漂体水中阶段水动力问题，分别使用了两种不同的理论建立了水漂体的力学模型。首先，以Von Karman楔形体入水冲击理论为基础，建立了平板倾斜入水冲击力模型。其次，根据平板滑行理论建立了平板的滑水力模型。最后，通过数值计算对两种力学模型进行了相关特性的比较，并建立3自由度水漂动力学模型，对两种力学模型进行了仿真验证。（2）建立了6自由度的水漂物理模型，根据Lagrange方程推导了水漂动力学方程，全面的描述了水漂体整个过程的运行姿态和运行轨迹。由于运动方程的复杂性不便于后续的分析处理，因此对水漂体的运动方程进行了相应的简化整理。最后对水漂体可能的运动状态进行了预测和分类，对相应运动状态下的参数进行了调整。（3）对水漂动力学方程进行了数值求解得到了水漂体全过程的轨迹和姿态参数。通过对轨迹和姿态参数的分析，得到了水漂体弹跳动力学特性以及连续弹跳的形成机理。并与文献实验数据进行了比较，验证了动力学模型的合理性。研究结果显示：入水攻角和高速自旋对水漂体的运行轨迹有较大影响。高速自旋的水漂体具有很强的姿态稳定性，能够保证较好的再入攻角实现水漂体的连续弹跳。研究结果可作为类似工程问题和工程设计的理论依据。