带支柱航行体通气减阻技术研究
摘要
随着全球航运业的发展，人们对在水上快速转移人和物质提出了新的需求。高度机
动性的新型水面航行器是现如今各国研究水面高速运动体的热点，因此，超空泡技术在
高速水面航行器上的应用得到了广泛的关注。本文针对带支柱的高速水面航行体，提出
了一种新型的通气空泡与气层结合的减阻方法，考虑到支柱周围流场的复杂性，通过数
值模拟的方法对其进行研究，主要的研究内容如下：
基于RANS方程，采用SST湍流模型和VOF多相流模型，对支柱影响通气空泡流
的问题进行了研究。对水洞实验中带有腹支撑的试验模型进行了数值模拟，得出了不同
通气率下空泡形态的变化，并结合已知的实验结果验证了支柱后的气体夹带现象。分析
了支柱形状对空泡流场的影响。
将通气超空泡与气层减阻技术结合，通过在支柱前缘和后缘附近设置通气孔辅助通
气，增加气层的包覆率提高减阻效率。首先比较了不同形状的支柱对下潜体表面上空泡
形态的影响，选用最佳的支柱，保持通气率一致，研究了下潜体在支柱前缘附近不同位
置的通气孔布置对减阻效率的影响及影响原理；选取支柱前缘处的最佳通气孔位置，通
过分别在支柱后缘的前、中、后三处设置通气孔并保持同样的通气率，研究了支柱后缘
附近不同位置的通气孔布置对减阻效率的影响及影响原理。选用上述研究得出的最佳通
气孔布局进行实验验证。
采用上述研究得出的最佳通气孔布局，通过改变航行深度，研究了在变深度的情况
下此减阻方案的减阻效率变化。然后，研究了前缘通气孔和后缘通气孔的独立或耦合的
通气率对减阻效率的影响，并测得了达到最佳减阻率所需的通气率。同时，研究了改变
航行速度后，前缘通气孔和后缘通气孔的通气率对减阻效率的影响，并得出了最佳减阻
率随航行速度的变化规律。
本文通过大量的数值模拟，提出了一种新型的通风超腔与气层结合的减阻方法，得
出了其最佳设计外形，并考察了减阻效率的影响因素，为相关水面高速航行器的设计和
实现提供有意义的参考。
关键词：通气超空泡；支柱；气层减阻；数值模拟；阻力系数
带支柱航行体通气减阻技术研究
Abstract
Anewtypeofhighlymaneuverablesurfacevehicleorsurfaceaircraftisnowahottopic
intheresearchofhighspeedsurfacevehicles.Therefore,theapplicationofsupercavitation
technologyinhighspeedsurfacevehicleshasbeenwidelyconcerned.Generalsupercavitation
surfacevehicleconnectstwotorpedo-shapedunderwatervehiclesthroughthepillarstructure,
sothatthesurfaceofthesubmergedvehicleiscoveredbythewholecavity,sothatthe
underwatervehicledoesnotdirectlycontactwiththewater,reducingtheresistanceduring
navigation,soastoimprovesailingspeed.However,duetotheexistenceoftheprop,the
supercavitationvehiclewillcausegreatinterferencetotheformofthesupercavitation,and
thesurfaceofthesubmergedbodycannotbecompletelycoveredbythesupercavitationonly