基于气动/弹道耦合的激波针外形优化研究

为了优化钝形弹头激波针外形设计,在超声速条件下实现显著减小气动阻力,有效提高全弹飞行速度的目的,采用数值模拟方法研究了亚、跨、超声速范围内球头激波针外形参数对减阻效果的影响及其流动机理,并以最大落地速度为优化目标,基于气动/弹道耦合方法对激波针外形参数进行了优化。结果表明:亚、跨声速范围内,由于激波针产生的附加阻力较大,使得全弹阻力系数增大,激波针无减阻效果; 超声速时,激波针的减阻效果明显,且随马赫数的增大,最佳减阻外形的长度增大,半径减小。基于气动/弹道耦合的激波针外形优化方法充分考虑了气动阻力对飞行弹道的影响,优化后全弹落地速度、射程增幅提高10.0%左右。同时,在计算范围内增加激波针对全弹升力特性、静稳定性的影响均较小。     

带有横向喷流的导弹气动计算方法研究

用动量定理和激波论分析方法，推导出了横向喷入超音速主气流之内的等效体数学模型的弓形激波方程，给出了计算横向喷流气动干扰数学方法。该方法是一种近似理论方法，其结果与风洞试验数据很接近，给出的等效模型和弓形激波方程，对带有横向喷流的风洞试验设计是有益的。     

基于吻切分析法的乘波构型前体设计与性能模拟

发展了一种基于分析法的高超声速乘波构型飞行器前体设计方法。运用该方法。设计了Ma=6．0具有三道封闭激波适用于匹配矩形高超进气道的乘波前体构型。对前体构型设计、非设计状态进行了全三维流场计算。计算结果显示：在设计状态下，前体构型具有优良的封闭激波性能，验证了设计方法的有效性；该前体在Ma=5．0～7．0、攻角-2°～＋8°的范围内均具有良好的封闭激波性能。所设计的乘波前体在考虑进气道捕获能力的前提下，在-5°攻角下进气道总压恢复达到最大值。并且在-5°～＋10°攻角范围内均有较高的总压恢复。     

入射激波强度对抛物形凹腔内激波聚焦影响的数值研究

为得到入射激波强度对抛物形凹腔内激波反射聚焦过程的影响,采用结构自适应加密网格和波传播算法,计算马赫数分别为1.1、1.3、1.5、2.0、3.0和4.0的平面入射激波在二维抛物形凹腔内的反射和聚焦过程。计算结果表明：入射激波在凹腔壁面上的反射依次为直接马赫反射、反转马赫反射和过渡规则反射;三波点及马赫干在对称面上的碰撞是形成高能区域的原因;随激波强度增加,在凹腔壁面反射的激波由在聚焦前后都在对称面上反射变为只在聚焦后反射,再到最后不会反射;三波点在壁面上的反射和在对称面上的反射随入射激波马赫数增大,其距离和时间间隔缩小。     

拉伐尔喷管射流中喷口激波处理的特征线法

用特征线方法对锥型喷管超音速流中形成的激波进行了计算，给出了两族特征线在激波后的存在区域和激波的特征线数值求解方法。一些计算结果妥析方法得到的结果进行了比较。对激波的特征线数值计算方法做了一些分析，并用它来处理超音速流中的激波。     

高空模拟引射器启动特性的实验和数值计算研究

采用实验和数值计算方法研究了固体火箭发动机高空模拟引射器的启动特性.实验和数值计算结果显示引射器在启动过程中出现启动迟滞现象.引射器启动特性与其内部的流动形态(激波位置)变化直接相关,而流动形态变化的驱动力南引射器进口总压提供.根据流动形态分析结果,采用正激波理论计算引射器启动过程中的最小启动压力和最小工作压力,正激波理论分析结果及实验值与数值计算结果接近,表明正激波理论可用于计算引射器的启动特性.     

水下炮弹前激波特性分析

针对水下炮炮口打开时海水倒灌进入身管的问题,提出增加炮口密封装置,提高弹前激波压力并利用该激波短时间排水的方法.首先根据两相流理论建立数学模型,计算得到激波达到排水能力的时候所需要的压强;再建立弹丸在膛内运动的2维模型,并利用CFD动网格进行仿真分析得到了弹前激波压强变化及发展规律;最终综合各种影响因素确定合理的密封装置打开时间.结果表明:当t=3.673 ms,炮口激波压强达到10 MPa时,打开炮口装置较合适,既可以在打开前保证激波压力适当增大,又可以保证打开后形成的炮口流场有较好的排水效果.     

激波针气动特性及外形参数优化研究

采用钝头体的飞行器在超声速特别是高超声速条件下,其前缘会形成头部弓形激波,进而带来较大的波阻,严重影响飞行器的气动性能。相关研究表明,在高超声速条件下,钝前缘安装激波针可以将激波推离物面,从而减小头部表面压力,是减小超声速钝体阻力的有效方法,但在超声速,特别是一些巡航速度不高（马赫数Ma=1.5左右）的导弹中,为满足射程等相关要求,对激波针减阻的使用价值还有待进行验证。为了研究激波针在Ma=1.5条件下对轴对称钝锥外形气动特性的影响,通过数值模拟方法对比了不同形状激波针在Ma=1.5条件下的减阻效果,分析了减阻机理及外形参数影响;通过基于Kriging和遗传算法相结合的优化方法对主要外形参数进行了优化设计,给出了减阻效果较好的激波针外形参数选取范围,对工程应用具有一定的借鉴意义。     

拖曳声诱饵对水面舰艇的保护性声场分布及VC调用MATLAB绘图的实现

拖曳声诱饵的使用效果和战术使用方法与诱饵对舰艇的保护性声场分布密切相关。本文在详细考虑诱饵性能、水声环境、鱼雷自导逻辑的基础上对拖曳声诱饵的保护性声场进行界定，通过定量计算分析不同情况下拖曳声诱饵对水面舰艇的保护性声场分布，并对拖曳声诱饵的使用方法进行简要分析，最后介绍在VC程序中调用MATLAB的方法并实现了保护性声场分布的绘图。     

基于CFD网格的激波流场热辐射计算方法

针对高速飞行器在气动热环境下的激波热辐射问题,提出一种基于计算流体网格的激波流场热辐射计算方法。首先利用CFD模拟流场数据,结合分子光谱辐射数据库,采用窄谱带模型计算每一个网格的气体吸收系数,然后通过求解网格化的辐射传递方程得到整个激波流场的热辐射情况。根据对激波流场数据的仿真分析,得到了激波流场热辐射随飞行高度和飞行速度的变化规律。     

基于简正波和波叠加法的水下非自由声场重建技术仿真研究

为了解决大型结构体声场重建过程中需要大面积的测点布放难题,提出一种可利用水平直线阵进行声场重建的计算方法。该方法通过结构体表面振速确定直线和圆形虚拟源分布,然后利用波叠加法进行声场重建。在此基础上,通过插值迭代法提高少测点条件下的重建精度。提出基于简正波原理的波叠加技术,修正了浅海信道中能量分布的不均匀性对重建结果影响。从虚拟源形状、收发距离、信号频率、水深等方面分析了声场重建性能。理论及仿真结果表明,提出的声场重建方法在非自由场环境下简单有效,联合虚拟源分布对复杂结构体的适应性较强,为今后水下复杂结构体的声场重建工程应用提供了参考和依据。     

基于声场预报的共形阵波束优化方法与实验研究

在工程实际中，声接收基阵波束设计和优化的一个重要问题是实际阵列流形的获取。由于实际测量阵列流形的工作面临很多困难，难以推广使用，本文提出声场预报的方法，使用ANSYS和SYSNOISE软件模拟测量阵列流形的过程，通过对复杂结构基阵的声场进行数值预报，得到了与实际相符合的基阵阵列流形，并通过共形阵水池实验验证了该方法的有效性。     

一种评估自由场隔声测试中边缘衍射影响的数值分析模型

水声工程中，改善和提高自由场材料声学测试精度和可靠程度对水下航行器的声隐身设计具有非常重要的工程应用价值和现实意义。本文基于边界元和有限元方法对自由场材料隔声测试中存在的边缘衍射影响进行了数值评估模型研究，理论评估模型、分析条件和分析步骤均以实际测试为基础，并以水下钢板法向隔声测试为例计算分析了边缘衍射对轴向接收和偏轴向接收的影响程度和特点。研究表明，边缘衍射对自由场隔声测试的影响与样板几何尺寸和测试频率波长相对大小以及样板、声源和接收场点的空间几何配置等因素关系密切；与轴向接收相比，小角度偏轴向接收对抑制半波长与样板几何尺寸相当或远大于样板几何尺寸频段的边缘衍射影响较为有效，抑制效果与偏轴向距离及其相关轴向距离的选取有关。研究结果表明，该模型对更好地开展自由场材料隔声测试具有指导意义。     

某大口径轻武器射流噪声的小波分析与数值模拟

针对某带膛口制退器的大口径轻武器射流噪声问题,在实验研究和数据分析基础上,对膛口噪声的气动特性进行探究。利用小波分析方法对实验测得的噪声数据进行分析,将膛口冲击波与膛口脉冲噪声的波形加以区分;采用计算流体力学与计算气动声学耦合算法对膛口噪声进行数值模拟,并将测点位置的噪声数值模拟结果与实验结果进行对比分析,验证该计算方法的可行性;分析了膛口制退器内的激波分布及带膛口装置的膛口噪声场指向性分布。研究结果表明：膛口噪声成分复杂,频带宽且声能较高,膛口制退器引起膛口周围流场的侧向分流,从而影响膛口噪声的指向性分布。     

一种新型海军礼炮

针对我国现有海军礼炮存在的问题,对海军礼炮的特殊需求和应用环境进行了深入研究,提出了一种结构可靠简便、模块化组合、装配快捷,单个部件重量轻、便于在舰艇上组合、拆装的新型海军礼炮方案,具有操作简单、发射安全、机动灵活、占用空间小的特点;经试验结果及应用情况表明,新型海军礼炮方案成功可行,满足了部队使用要求,解决了在水面舰艇上使用海军礼炮的问题。     

基于弹丸激波的弹目偏差测试与反演研究

由于空中超声速弹丸激波的复杂性和易被干扰性而难以捕捉,其弹目偏差测试是一大难题。为研究基于弹丸激波特性的弹目偏差测试原理和方法,在描述弹目偏差测试场景的基础上,分析激波形成机理和激波形成前后参数关系,建立弹目偏差测试模型和基于弹群激波环境简化的线性及非线性干扰模型。综合采用时间宽度测试原理进行外场试验与采用激波压力场累积效应的压力测试进行仿真反演相结合,结果表明仿真反演与工程测试相符合,为超声速运动目标声学定位和跟踪提供了一种新思路和方法。     

水下爆炸作用下圆柱壳周围压力场分布

为研究水下爆炸对鱼雷、水雷等水下目标的破坏机理开展了一次水下爆炸试验,采用长2.2m、直径0.53 m的圆柱壳结构作为目标,采用1 kg标准TNT球形装药作为爆源在水平距离5.5m处爆炸,测量了圆柱壳正面、背面和侧面的压力场,得到了冲击波时程曲线,测量及分析结果表明:正面和侧面由于反射波的影响均会发生截断效应,背面由于前驱波影响前段上升缓慢,当冲击波到达时迅速上升,之后以指数形式衰减,圆柱壳结构正面的冲击波冲量最大,侧面次之,背面最小,对于结构侧面的破坏作用最小.     

高能燃烧剂作用下岩石介质中非稳态溫度场计算

以厚壁筒的热传导为模型，研究了高能燃烧剂作用下岩石介质中温度场分布。根据燃烧剂的作用特点，在热传导方程的边界条件中引入单位脉冲函数以模拟其作用的瞬时冲击特性，通过拉普拉斯变换求解瞬态温度场分布的解析解。利用该解析解进行计算，结果表明，热冲击在瞬时完成后，温度场的作用范围仅限于距离炮孔内表面几毫米到几十毫米的薄层中，随时间的增加，温度分布趋于均匀。同时温度场分布受炮孔半径影响，当外径不变而炮孔半径减小时，相应各点的温度降低，但在同一时刻下的温度梯度趋陡。计算结果为高能燃烧剂的设计与应用提供了一定的理论参考。     

水下弹性角反射器声散射特性

计算水下弹性角反射器声散射问题,需要考虑声波多次散射以及结构和水的流固耦合作用。针对现有水下弹性角反射器声散射特性分析方法的不足,利用结构有限元耦合流体间接边界元法对水下弹性角反射器的远场散射声场进行仿真计算。分析了入射波频率为5.0～20.0 kHz范围内,平板材料、厚度、入射角度及角反射器类型等因素对目标强度的影响及其散射机理。结果表明：水下弹性角反射器的散射声场具有很强的频率特性,且随材料、平板厚度和入射波频率的变化而改变;多次散射波对角反射器的反向散射声场具有重要贡献,仿真数据和实测数据基本一致。进一步提出了角反射器结构设计和优化方法,为水下无源声反射器的论证与设计提供了理论参考依据。     

某型运载火箭发射流场数值模拟

为了更真实地反映发动机尾焰流场的特征,以某型运载火箭为例,对其流场数值进行模拟.运用计算流体力学方法,以3维双喷管发动机为模型,考虑尾焰工况为氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气组成的混合气体,对运载火箭的发射流场进行模拟仿真,分析尾焰流的近场激波系结构和参数分布特征等.分析结果表明:混合气体情况下的流场各个参数分布和激波系结构与理论分析结果一致,地面上距离喷管中心1 m位置处受最大压力,大约为0.4 MPa,在两喷管中心温度最高,为2700℃,为后续相关实验测量提供了参考和理论依据.