较常规螺旋桨推进技术的优点喷水推进器的工作机理喷水推进器理论影响喷水推进器性能的重要参数建立喷水推进器计算模型重要参数第章滑行艇流体性能初步分析引言滑行艇水动力计算概述滑行艇纵向受力分析滑行平板的流体动力分析姆雷法估算滑行艇的阻力模型阻力计算滑行艇在静水中垂荡运动滑行艇在静水中纵摇运动滑行艇的纵向运动稳定条件江苏科技大学本科毕业设计论文第章滑行艇三自由度运动预报滑行艇纵向运动耦合方程的数学模型坐标系的选取作用于滑行艇的非惯性类水动力矩滑行艇所受各非惯性力矩的具体计算高速滑行艇运动特点结论致谢参考文献江苏科技大学本科毕业设计论文第章绪论引言在过去十几年中，微电子技术光电技术计算机通信信息处理新材料等高技术的发展,为无人机及其机载设备等提供了良好的发展条件，无人驾驶运载工具开始真正呈现复兴的势头。无人机也逐渐发展成可提供兵力倍增作战能力的系统方面过度。迄今为止，人们大多都将注意力集中在出尽风头的无人驾驶航空器上。确实，无人驾驶航空器既可以执行远程空中监视，也可执行有限的攻击任务，而且直升机昨晚巡逻装备表现出色，令人叹服但与水面无人艇相比，无人驾驶航空器目前在使用和回收方面还存在巨大困难，直升机的使用费用又非常昂贵，补充装备所需费用甚至更高„„而无人艇确恰恰相反。不但具有很多突出的特点，教之运用环境，无人艇更是独具特色。所谓智能无人水面艇,就是指那些依靠遥控或自主方式在水面航行的小型无人化智能化作战平台。它们可以通过大型舰艇携载,等到达预定地点后加以施放,也可以直接在近岸实现保护己方打击敌方的作用。无人水面艇作为种新概念武器,较之传统水面舰艇具有些突出的特点功能模式多样化作战行动灵活化艇体结构隐蔽化作战人员零伤亡网络作战中心化江苏科技大学本科毕业设计论文图美国水虎鱼无人拖带艇正是智能无人水面艇具有这么多突出特点，带动了无人艇的多向发展，它们在未来海洋国土安全发挥越来越大的作用。国内外都十分重视该领域的研究，并逐渐在军事和其他方面得到应用。课题背景国外发展无人水面艇虽然被认为是种新概念武器,但其作战使用确可以直追溯到第二次世界大战期间。在第二次世界大战诺曼底登陆战役期间,盟国为了实现其战略欺骗和作战掩护的目的,曾设计出种形如鱼雷的无人水面艇,该艇上载有大量的烟幕剂,可按预先设定的航向机械地驶往欺骗海域,从而造成舰艇编队登陆的假相,同时盟军还利用大型舰艇携带其到达预定海域而后释放并引导其进入计划登陆的海滩施放烟幕,直至动力耗尽或被摧毁为止。在二战后期,美国海军也曾研制过系列无人驾驶火箭扫雷艇,即在小型登陆艇上加装无线电控制的操舵装置和扫雷火箭弹,用于浅海雷区作业。二战结束后至五六十年代,苏联曾研制过小型遥控式无人水面艇,用于向敌舰发动自杀式的撞击爆炸性攻击,而美国同期开发的些无人艇则主要用于搜集海上核试验后的环境数据。由于技术上的滞后,无人水面艇的发展在后来的年间没有大的突破。江苏科技大学本科毕业设计论文图美国幽灵卫士直到年海湾战争后,真正意义上的无人水面艇的开发才随着制导和控制技术的日渐成熟而被重新提上日程。美法日以等国纷纷投入巨资发展这装备见表,其作战系统也实现了由固定式向模块化的转变,作战功能也由单的反舰掩护编队扫雷作战扩展到反恐缉私打击海盗搜捕通信等新兴领域。表各国无人水面艇参数表艇名尺寸制造国制造试验时间续航力最大航速功能海上猫头鹰美国雷区侦察浅海监视海上拦截斯巴达侦察兵美国模块化反水雷情报反舰反潜幽灵卫士美国海上警戒和防护海虎鱼美国水面靶标美国可水上水下远程猎雷蓝色骑士美国大型攻击艇海上斗士美国扫雷反潜作战摧毁水面舰艇或运送突击队保护者以色列模块化海上兵力保护情报监视和侦察反水雷战电子战和精确打击海星以色列监视侦察反水雷战和电子战黄貂鱼以色列近岸情报侦察与监视电子战电子侦察法国半潜式反水雷艇日本喷水推进,海上情报侦察和反水雷江苏科技大学本科毕业设计论文国内发展在水面高速无人艇方面的研究目前我国还处线上见下图图滑行艇静止时受力航行时当主机开始发出动力，逐渐使艇有了航速，由于艇体前部的所受水压力，产生个向上的升力，使艇升高了段距离又因为这个升力对艇的重心有水平力臂，所以产生个力矩，使艏部向上转动了个角度。那段距离的升高和那个角度的转动，改变了艇的状态，使得艇的排水体积变了，从而浮力也变了同时，艇体后部的滑行面由于跟着艇艏绕重心转动了那角度，所以也产生了升力。而且，这些力江苏科技大学本科毕业设计论文的产生或改变都引起了力矩的产生和改变。从而引起了升沉和纵摇，升沉和纵摇改变了艇体的排水体积和湿面积，而这两大因素的改变，直接影响了船体的直航总阻力，从而改变了航速，变，又影响了升力的大小，升力变了，又跟着变，结果又间接影响了浮力。图滑行艇航行时受力直到变化到姿态，艇体各个方向所受合外力为零，这个姿态就是动平衡点，滑行艇就会保持这姿态，稳定的航行下去，直到下次受到外界扰动。滑行平板的流体动力分析最简单的滑行艇是块半浸湿的矩形平板，沿着水面以小冲角运动，前进速度为，其载荷为。此时，平板上作用有垂直于平板的水动压力和平行于平板表面的水粘性摩擦力。此外，作用于平板的还有平板排开水的浮力。将水动压力和摩擦力的合力分解成垂直于水平面的升力和平行于水平面的阻力，则有在垂直于水平面的轴上有力的平衡方程此等式表明，艇的载荷相当于艇在静止吃水时的排水量被流体动举力和小部分浮力所平衡。正如前面所述，艇达到起飞速度后，浮力所占的比例很小。将上述江苏科技大学本科毕业设计论文诸力再投影到平板的平面上，得到力的平衡方程式中的相当于艇在静止吃水时的排水量，用来置换，于是得到阻力的常见表达式因通常不小于，所以，在小冲角的情况下，取摩擦阻力部份的不会引起过大误差，所以，水动阻力的表达式可以写成图滑行平板水动力分析姆雷法估算滑行艇的阻力这个方法主要是通过系列滑行艇平板试验，给出了几个滑行参数的具体函数关系分别为滑行面压力中心位置的函数关系式中静水面江苏科技大学本科毕业设计论文式中ε为水压力中心或重心距艇尾的距离为平均湿长度，即龙骨浸湿长度，与折角线浸湿长度的平均值，，如图所示为滑行时的纵倾角为平均斜升角，即艇中部和船尾斜升角的平均值，湿长度与宽度之比。图滑行面的几何参数上列关系式常用曲线表示，如图所示。在应用时可以直接查图。滑行面动载荷系数的函数关系对于底部斜升角为零的平底滑行面的动载荷系数为对于底部斜升角为的形滑行面则有ε江苏科技大学本科毕业设计论文由此可见，平底艇的动载荷系数较形滑行面者为大。上列关系式中用曲线表示如图所示。根据上述函数关系式，可以估算滑行艇的阻力，具体步骤如下已知艇的排水量，航速，艇宽和斜升角，则可以计算得有已知的值，查图得相应于滑行平板的动载荷系数。图计算滑行面压力中心位置的曲线法江苏科技大学本科毕业设计论文图确定滑行面动载荷系数的曲线法取系类纵倾角，，„„，，„„，并计算相应于各纵倾角时的再由图得对应于的系列值。由图可以查出,,由于及相应的已求得，则相应的湿长度，湿面积均可得到，并可以计算雷诺数和摩擦阻力。按式计算各纵倾角时的相应阻力，并作出曲线，计算得各纵倾角时在水压力中心位置。有已知艇体重心距尾板距离，在曲线上得到对应水压力中心距江苏科技大学本科毕业设计论文尾板为时的纵倾角。此极为实艇在该计算航速下的航行纵倾角，同时由图得到相应的总阻力值。模型阻力计算用以上方法对已建的模型进行阻力预估和计算，其基本步骤和相关数据如下图表所示所建模型的基本数据信息排水量通过图可以得到值，如下表所示表不同速度对应的值计算值表假设不同斜升角时的值通过图可以得到值，如下表所示表不同状态时的值江苏科技大学本科毕业设计论文通过公式可以求得值，如下表所示表不同状态时的值通过公式可以计算得到值，如下表所示表不同状态时的值在不同斜升角角时不同速度情况下的雷诺数表不同状态时的值江苏科技大学本科毕业设计论文通过公式计算摩擦阻力系数表不同状态时的值通过公式摩擦阻力估算公式可以计算值由于船体体型很小，取为表不同状态时的值通过公式可以可以计算出总阻力表不同状态时的值江苏科技大学本科毕业设计论文通过公式可求得不同冲角时的表不同冲角时的值通过对各组数据的处理，整理成以下图标从曲线图中，我们可以直观的看出各种状态之下的阻力变化，可以读出在特定速度冲角情况下的阻力值，以及阻力的变化趋势。图各冲角时不同速度对应的阻力曲线江苏科技大学本科毕业设计论文图各速度时不同冲角对应的阻力曲线滑行艇在静水中垂荡运动假定垂荡是微幅的，因此在吃水变化范围内认为船舷是直壁的由于运动产生的阻尼主要是兴波阻尼，因此阻尼是线性的。根据上述假定，作用与垂荡船体的三种力为惯性力阻尼力复原力式中排水量重力加速度垂荡附加质量垂荡阻尼系数水的重度水线面面积垂荡加速度速度位移。根据动平衡原理，可以得到垂荡运动方程式等号两边除以，经整理得式中垂荡运动衰减系数，江苏科技大学本科毕业设计论文垂荡固有圆频率，设初始条件是，不难求方程的解为式中垂荡有阻尼圆频率垂荡固有周期为垂荡固有周期的近似乎计算垂荡运动的附加质量和船本身的质量是同数量级，所以可以近似地认为船的排水量为式中船长船宽吃水方形系数。水线面面积为式中水线面系数。将代入中，得式中竖向菱形系数。利用曲线拟合，表示出滑行艇垂荡固有周期随吃水的变化江苏科技大学本科毕业设计论文图滑行艇垂荡周期吃水变化图因为垂荡运动阻尼比较大，所以不能把静水有阻尼垂荡周期近似为垂荡固有周期。垂荡运动的无因次衰减系数为滑行艇在静水中纵摇运动假定纵摇是微幅的，纵摇运动主要产生的是兴波阻尼，因此纵摇阻尼力矩与纵摇角速度成线性关系。惯性力矩阻尼力矩复原力矩式中船体纵摇惯性矩纵摇附加惯性矩纵摇阻尼系数垂荡阻尼系数排水量水线面面积纵摇加速度速度纵摇角。根据动平衡原理，可以得到纵摇运动方程江苏科技大学本科毕业设计论文