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超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究

刘喜燕 袁绪龙 王鹰 罗凯 汪新禹

刘喜燕,袁绪龙,王 鹰,等. 超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究[J]. 实验流体力学,2021,35(5):26-33 doi: 10.11729/syltlx20210039
引用本文: 刘喜燕,袁绪龙,王 鹰,等. 超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究[J]. 实验流体力学,2021,35(5):26-33 doi: 10.11729/syltlx20210039
LIU X Y,YUAN X L,WANG Y,et al. Experimental study on time-delay effect of unsteady hydrodynamics of the supercavitating vehicle in water tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021,35(5):26-33. doi: 10.11729/syltlx20210039
Citation: LIU X Y,YUAN X L,WANG Y,et al. Experimental study on time-delay effect of unsteady hydrodynamics of the supercavitating vehicle in water tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021,35(5):26-33. doi: 10.11729/syltlx20210039

超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究

doi: 10.11729/syltlx20210039
详细信息
    作者简介:

    刘喜燕:(1992-),女,山东烟台人,博士研究生。研究方向:跨介质航行力学,空化理论与应用。通信地址:陕西省西安市碑林区友谊西路127号西北工业大学航海学院(710072)。 E-mail:liuxiyan1992@mail.nwpu.edu.cn

    通讯作者:

    E-mail:yuanxulong@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TJ630.1

Experimental study on time-delay effect of unsteady hydrodynamics of the supercavitating vehicle in water tunnel

  • 摘要: 空泡延迟效应在机动航行诱发的尾拍振荡中影响显著,是超空泡航行体的重要力学特性,在动力学建模中必须加以考虑。采用人工通气超空泡的试验方法,在西北工业大学高速水洞实验室开展了超空泡航行体连续变攻角测力试验研究,测量攻角与流体动力随时间变化历程来定量分析延迟时间特性。通过试验研究,获得了不同试验条件下变化的延迟时间;无量纲化的延迟系数与水速近似成线性关系,且随预置舵角的增大而增大;在试验采用的摆动频率中,摆动频率较大的工况,延迟系数较小。
  • 图  1  西北工业大学高速水洞

    Figure  1.  High speed water tunnel of Northwestern Polytechnical University

    图  2  试验系统图

    Figure  2.  Diagram of experimental system

    图  3  模型内部结构图

    Figure  3.  Internal structure of the model

    图  4  试验模型总装图

    Figure  4.  General assembly drawing of the experimental model

    图  5  空泡生成及变化

    Figure  5.  Generation and variation of cavity

    图  6  摆动过程中空泡变化

    Figure  6.  The change diagram of cavity during oscillation

    图  7  试验结果

    Figure  7.  Experimental results

    图  8  延迟系数随水流速度的变化规律

    Figure  8.  Variation of time-delay coefficient with water velocity

    图  9  工况5试验结果

    Figure  9.  Results of Case 5

    图  10  工况6试验结果

    Figure  10.  Results of Case 6

    图  11  延迟系数随舵角的变化规律

    Figure  11.  Variation of time-delay coefficient with rudder angle

    图  12  工况7试验结果

    Figure  12.  Results of Case 7

    图  13  延迟系数随摆动频率的变化规律

    Figure  13.  Variation of time-delay coefficient with oscillation frequency

    表  1  试验工况

    Table  1.   Experimental conditions

    工况编号水流速度
    v/(m·s–1
    通气流量
    Q/SLPM
    摆动频率
    f /Hz
    摆动幅值
    A/(°)
    预置舵角
    α/(°)
    1 7.0 80 1.53 2 0
    2 7.5 80 1.53 2 0
    3 8.0 80 1.53 2 0
    4 8.5 80 1.53 2 0
    5 8.5 80 1.53 2 10
    6 8.5 80 1.53 2 20
    7 8.5 80 1.00 2 0
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    表  2  不同水流速度下延迟时间对比

    Table  2.   Comparison of delay time at different water velocity

    工况
    编号
    水流速度
    v/(m·s–1
    第1次试验
    延迟时间t/s
    第2次试验
    延迟时间t/s
    平均延迟
    时间t'/s
    延迟
    系数Cyc
    17.00.05480.05320.05400.875
    27.50.05420.05680.05550.964
    38.00.05710.05720.05721.059
    48.50.06220.05660.05941.169
    下载: 导出CSV

    表  3  空化器不同舵角下的延迟时间对比

    Table  3.   Comparison of delay time at different rudder angle

    工况编号舵角α/(°)第1次试验延迟时间t/s第2次试验延迟时间t/s第3次试验延迟时间t/s第4次试验延迟时间t/s平均延迟时间t'/s延迟系数Cyc
    400.06220.05660.05941.169
    5100.06560.06230.06430.06460.06421.264
    6200.06680.06880.06980.07020.06891.356
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    表  4  不同摆动频率下延迟时间对比

    Table  4.   Comparison of delay time at different oscillation frequency

    工况
    编号
    摆动频率
    f /Hz
    第1次试验
    延迟时间t/s
    第2次试验
    延迟时间t/s
    平均延迟
    时间t'/s
    延迟
    系数Cyc
    41.530.06220.05660.05941.169
    71.000.06630.07180.06911.360
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-29
  • 修回日期:  2021-06-04
  • 网络出版日期:  2021-11-15
  • 刊出日期:  2021-10-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日