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车辆系统仿真:数值计算分析与拖模试验结果对比

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:数值计算中采用有限体积法离散控制方程,控制方程中的对流项使用二阶迎风格式,扩散项采用中心差分格式。图9.3.6首尾滑板角度1)阻力数值模拟得到各速度节点下阻力曲线并与拖模试验结果进行对比,如图9.3.7所示。图9.3.7拖模试验结果和数值计算结果选取的4个节点的阻力值中,数值计算值与试验值平均相对误差约为9%。2)航态图9.3.8、图9.3.9分别为数值模拟得到车辆在不同航速下的升沉变化、纵倾变化与拖模试验结果对比。

车辆系统仿真:数值计算分析与拖模试验结果对比

选取首尾滑板角度为α1=16°、α4=10°,并建立相应的数值计算模型,如图9.3.6所示。数值计算中采用有限体积法离散控制方程,控制方程中的对流项使用二阶迎风格式,扩散项采用中心差分格式。湍流模型使用RNG k-ε模型,k-ε方程中湍流动能和湍流扩散率均采用二阶迎风格式离散。离散方程采用分离式求解器求解,使用PISO法处理压力速度耦合,时间离散格式采用一阶全隐式。

图9.3.6 首尾滑板角度

1)阻力

数值模拟得到各速度节点下阻力曲线并与拖模试验结果进行对比,如图9.3.7所示。

图9.3.7 拖模试验结果和数值计算结果

选取的4个节点的阻力值中,数值计算值与试验值平均相对误差约为9%。误差主要源于两个方面:一是数值计算中存在固有的误差,如离散格式、网格尺度等引起的误差;二是履带等接近自由面时,会引起表面水流的剧烈运动,形成飞溅等现象,这种能量消耗形式是VOF方法难以表达的。

2)航态

图9.3.8、图9.3.9分别为数值模拟得到车辆在不同航速下的升沉变化、纵倾变化与拖模试验结果对比。可以看出,车速在6 m/s以下时处于排水航态;车速在6 m/s附近时航态发生变化,车首上抬处于过渡航态;车速在9 m/s附近时已进入滑行航态,动升力作为主要支撑力。

图9.3.8 升沉变化(www.xing528.com)

图9.3.9 纵倾变化

3)波形、自由面迹线、尾部涡量

流场波形及其他数据的图形化结果如图9.3.10~图9.3.12所示。

从高航速时波形、自由面迹线、尾部涡量数值的模拟结果可以看出,加装首滑板的两栖突击车,下压的首滑板抑制了车首波的形成,减小了车辆航行阻力。车尾有大量漩涡生成,漩涡产生的区域大都是车体几何形状变化较剧烈的地方。加装了尾滑板,车辆以较高速度航行时,尾滑板下压水流,车辆尾部形成一个比较大的凹陷区,同时在尾滑板末端形成剧烈的波浪。

图9.3.10 航速8.88 m/s时自由面波形

图9.3.11 航速8.88 m/s时水面迹线

图9.3.12 航速8.88 m/s时尾部涡量

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