兩棲車輛水上動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用

前言

水陸兩棲車輛（以下簡(jiǎn)稱兩棲車輛）是一種既具有陸上機(jī)動(dòng)能力，又具有水上航行能力，同時(shí)具有自行實(shí)施由陸入水、由水登陸能力的特種車輛，是不需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)準(zhǔn)備就可以依靠自身浮渡能力通過(guò)水障礙的輪式或履帶式車輛。這意味著兩棲車輛可以在沒(méi)有架橋等特殊作業(yè)的條件下自行克服水障礙，連續(xù)通過(guò)江河、水網(wǎng)、海峽等特殊地形，承擔(dān)其他裝備難以獨(dú)立完成的任務(wù)。在軍事上，兩棲車輛的這種特殊能力使其具備攻擊隱蔽性好、突然性強(qiáng)的獨(dú)特威力，是強(qiáng)渡江河、搶灘登陸作戰(zhàn)的重要裝備。為滿足登陸作戰(zhàn)需要，兩棲裝備需要較高水上航速和在水上自然環(huán)境中的較強(qiáng)生存能力。就水上提速而言，不僅需要功率更大的動(dòng)力裝置，還需要設(shè)計(jì)更加合理的形體結(jié)構(gòu)。就提高水上自然環(huán)境中的生存能力而言，需要良好的機(jī)動(dòng)性能和抗風(fēng)浪能力。要滿足這些需求，單純的車輛動(dòng)力學(xué)知識(shí)和傳統(tǒng)車輛的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不夠，以水動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)的兩棲車輛水上性能研究才是解決這些問(wèn)題的根本。

內(nèi)容概要

　　《兩棲車輛水上動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用》圍繞兩棲車輛水上動(dòng)態(tài)性能的數(shù)值模擬展開(kāi)。重點(diǎn)闡述了兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)建模、水上性能數(shù)值模擬方法和應(yīng)用。主要內(nèi)容包括兩棲車輛水上性能的含義和內(nèi)容、兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、基于納維一斯托克斯方程數(shù)值模擬方法中的關(guān)鍵問(wèn)題、基于水動(dòng)力方程數(shù)值模擬方法中的關(guān)鍵問(wèn)題、數(shù)值模擬可信度驗(yàn)證方法和改進(jìn)措施以及基于數(shù)值模擬方法的水上動(dòng)態(tài)性能分析?！　　秲蓷囕v水上動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用》可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考書(shū)，也可供有關(guān)科研人員參者。

作者簡(jiǎn)介

王濤，1981年出生，山東萊州人。裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械工程系車輛工程室講師。2008年畢業(yè)于裝甲兵工程學(xué)院車輛工程專業(yè)，獲博士學(xué)位并留校任教。主要從事兩棲車輛水上性能的教學(xué)和科研工作。2006年至2008年期間作為主要參加人，完成國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“水陸兩棲車輛水上機(jī)動(dòng)性能優(yōu)化仿真”。參加多項(xiàng)國(guó)家和軍隊(duì)科研項(xiàng)目。發(fā)表學(xué)術(shù)論文8篇，其中EI檢索3篇。徐國(guó)英，1965年出生，河北靈壽人，博士，碩士生導(dǎo)師。裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械工程系車輛工程室副教授。 1990年畢業(yè)于裝甲兵工程學(xué)院車輛工程專業(yè)并留校任教。長(zhǎng)期從事裝甲車輛動(dòng)力學(xué)、兩棲車輛水上性能的教學(xué)和科研工作。作為主要成員參加了以提高現(xiàn)役兩棲車輛水上機(jī)動(dòng)性和海上適應(yīng)性為目的的技術(shù)探索和改造行動(dòng)，改造定型后的兩棲車輛大批量裝備兩棲部隊(duì)，改造的有關(guān)思路和技術(shù)對(duì)新型兩棲車輛　的研制提供了經(jīng)驗(yàn)，主持和參加多項(xiàng)國(guó)家和軍隊(duì)科研項(xiàng)目，并獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，其中EI檢索5篇。

書(shū)籍目錄

第一章 兩棲車輛水上性能概述1.1 水上靜態(tài)性能1.1.1 浮性1.1.2 穩(wěn)性1.1.3 抗沉性1.2 水上動(dòng)態(tài)性能1.2.1 快速性1.2.2 耐波性1.2.3 操縱性1.3 兩棲車輛的通過(guò)性1.4 水上動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬方法概述第二章 兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型2.1 兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)分析2.2 基于納維一斯托克斯方程的水上運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型.2.2.1 兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)方程2.2.2 外流場(chǎng)的基本方程2.2.3 定解條件2.2.4 兩相流的數(shù)學(xué)模型2.3 基于水動(dòng)力方程的水上運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型2.3.1 兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)方程2.3.2 外力項(xiàng)第三章 基于納維一斯托克斯方程的兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬3.1 基于N—S方程的數(shù)值模擬3.1.1 湍流模型3.1.2 方程的數(shù)值解法3.1.3 網(wǎng)格劃分3.1.4 邊界層的處理3.1.5 自由面模擬3.2 流場(chǎng)與車體的動(dòng)力耦合3.2.1 基于動(dòng)網(wǎng)格的流固動(dòng)力耦合3.2.2 動(dòng)力耦合修正算法3.3 基于N—S方程與造波機(jī)理論的規(guī)則波模擬3.3.1 數(shù)值波浪水池3.3.2 數(shù)值造波3.3.3 數(shù)值消波3.3.4 波形驗(yàn)證3.4 典型運(yùn)動(dòng)的處理3.4.1 靜水直航3.4.2 自由衰減3.4.3 強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)3.4.4 迎浪直航3.5 并行運(yùn)算3.5.1 并行計(jì)算平臺(tái)的分類3.5.2 并行計(jì)算的兩種模型3.5.3 開(kāi)發(fā)工具3.5.4 并行性能分析指標(biāo)3.5.5 并行計(jì)算中的網(wǎng)格劃分3.5.6 計(jì)算實(shí)例分析3.6 算例第四章 基于水動(dòng)力方程的兩棲車輛水上運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬4.1 龍格-庫(kù)塔法的基本原理4.2 水動(dòng)力學(xué)系數(shù)的計(jì)算4.2.1 船舶領(lǐng)域確定水動(dòng)力系數(shù)的常用方法4.2.2 加速度系數(shù)估算方法4.2.3 基于有限體積法的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬4.2.4 加速度與速度一階項(xiàng)系數(shù)的計(jì)算4.2.5 速度二階項(xiàng)的計(jì)算4.3 水靜力的計(jì)算4.3.1 方式一——符拉索夫（Flasov）曲線法4.3.2 方式二——何解析法4.3.3 方式三——空間離散法4.3.4 方式四——基于體積分?jǐn)?shù)的方法4.3.5 四種方式的對(duì)比4.4 推進(jìn)器與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的系數(shù)計(jì)算4.4.1 推進(jìn)器的系數(shù)4.4.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的系數(shù)4.5 基于波面方程的波浪力系數(shù)計(jì)算4.5.1 平面行進(jìn)波4.5.2 隨機(jī)海浪長(zhǎng)峰波4.5.3 隨機(jī)海浪短峰波4.6 算例第五章 兩棲車輛水上動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬的可信度分析5.1 模型與實(shí)車試驗(yàn)5.1.1 模型試驗(yàn)5.1.2 實(shí)車試驗(yàn)5.2 數(shù)值模擬可信度驗(yàn)證5.2.1 基于相似度的可信度驗(yàn)證5.2.2 宏觀量對(duì)比5.2.3 微觀量對(duì)比5.3 誤差源分析5.4 數(shù)值模擬可信度改進(jìn)5.4.1 湍流模型對(duì)比5.4.2 湍流模型參數(shù)辨識(shí)5.4.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析第六章 兩棲車輛水上動(dòng)態(tài)性能的數(shù)值模擬分析6.1 兩棲車輛快速性及影響因素分析6.1.1 快速性分析6.1.2 航態(tài)對(duì)快速性的影響6.1.3 車首形狀對(duì)快速性的影響6.1.4 車尾形狀對(duì)快速性的影響6.1.5 履帶的影響6.1.6 裙板的影響6.1.7 來(lái)流湍流度的影響6.1.8 首尾傾角對(duì)快速性的影響6.1.9 水翼對(duì)快速性的影響6.1.10 車體尾部形狀對(duì)推力的影響6.2 兩棲車輛耐波性及影響因素分析6.2.1 耐波性分析6.2.2 航速、航向?qū)δ筒ㄐ缘挠绊?.2.3 波長(zhǎng)對(duì)耐波性的影響6.3 兩棲車輛操縱性及影響因素分析6.3.1 操縱性分析6.3.2 水流對(duì)操縱性的影響6.3.3 航速對(duì)操縱性的影響6.3.4 側(cè)邊舵位置對(duì)操縱性的影響第七章 兩棲車輛水上性能分析軟件的開(kāi)發(fā)7.1 系統(tǒng)功能7.2 系統(tǒng)框架7.3 程序開(kāi)發(fā)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 兩棲車輛水上性能概述從力學(xué)角度講，船舶力學(xué)通常分為船舶靜力學(xué)和船舶水動(dòng)力學(xué)，按照這一原則，船舶水上性能可分為水上靜態(tài)性能和水上動(dòng)態(tài)性能。水上靜態(tài)性能研究浮性、穩(wěn)性、抗沉性和入水計(jì)算。水上動(dòng)態(tài)性能研究快速性、耐波性、操縱性。兩棲車輛本質(zhì)上是一種特殊的水面航行器，因此其水上性能分類和定義與水面船舶相似，所不同的是，兩棲車輛存在由陸入水和由水上陸的過(guò)程，即所謂的通過(guò)性。下面按照力學(xué)特性分類，介紹各種特性的定義。1.1 水上靜態(tài)性能1.1.1 浮性 浮性是車輛在一定載荷情況下具有漂浮在水面并保持平衡位置的能力，它是兩棲車輛的基本性能之一。車輛靜浮于水面，受到本身的重力和靜水壓力所形成的浮力作用。重力是車輛各部分質(zhì)量形成的垂直向下的合力，作用點(diǎn)稱為車輛的重心。而靜水壓力作用在車輛浸水表面的每一點(diǎn)上，這些靜水壓力都是垂直于車輛表面的，其大小與浸水深度成正比。由于車輛處于平衡狀態(tài)，其靜水壓力的水平分力互相抵消，其垂直分力則形成一個(gè)垂直向上的合力，稱為浮力；其作用點(diǎn)也就是車輛排水體積的形心，稱為浮心。

編輯推薦

《兩棲車輛水上動(dòng)態(tài)性能數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用》是由國(guó)防工業(yè)出版社出版的。

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