基于正交试验法的舵板缓冲吸能结构仿真与优化

李晓晖

(1.中国船舶集团有限公司第七一三研究所，河南郑州450015；2.河南省水下智能装备重点实验室，河南郑州450015)

0 前言

舵板是水下航行体的重要组成部分，由舵板本体、销轴、缓冲装置等组成。舵板安装在航行体尾部，当水下航行体以一定速度从发射筒进入水中时，舵板在水流冲击作用下迅速张开，实现对航行体水中弹道的控制[1–2]，如图1所示。舵板张开过程中的张开速度和所受的冲击载荷受水下航行体的入水速度、弹尾流场的影响，而舵板周围的流场是高速粘性有旋流动并伴随着液体的气化过程，同时存在着气液两相掺混的两相流动，力学环境十分复杂[3–5]。

为确保舵板可靠张开且在复杂流场载荷下的强度及安全性，一般通过缓冲吸能结构，延长冲击时间和削弱冲击峰值。缓冲装置的设计和优化工作，需要通过对不同结构、不同材料缓冲装置的吸能效果进行仿真和优化。为此需要比较不同结构、不同材料、不同壁厚缓冲管的相对吸能性，便于根据流体载荷的大小及舵板实际动能选择合适的缓冲管，并通过材料、结构、尺寸的合理匹配，获得最佳吸能效果，保护舵板和水下航行体水弹道的安全性。

图 1水下航行体舵板结构及张开过程示意图Fig.1 The structure of underwater vehicle helm and unfolding process

由于该系统结构特征复杂、网格数目多、流固耦合计算量大，本文采用正交试验法对27种备选方案进行比较、选择。正交试验法的理论基础是拉丁方理论和群论，是一种工程界广泛使用的试验设计方法，通过合理安排多因素的有限次试验，获取各因素、各水平的全排列组合，用比全面试验法少得多的试验，获得能基本反映全面情况的试验资料[6–7]。……