烟火药水下燃烧高温粒子与水作用的气泡动力学模型

为研究烟火药水下燃烧高温粒子与水作用的声辐射特性,基于传热传质理论,推导了单个Al₂O₃高温粒子与水作用的气泡动力学模型,计算得到了气泡半径和半径增长速度随时间变化的关系曲线,并将气泡半径计算结果与文献结果进行比较。结果表明,随着时间的增加,Al₂O₃高温粒子不断冷却,气泡半径不断增加,但增长速度越来越缓慢,计算结果与文献结果吻合较好。     

燃烧面积对烟火药水下燃烧特性的影响研究

从燃烧理论和流体动力学的角度出发,研究燃烧面积对烟火药水下燃烧特性的影响,基于所构建的气泡动力学模型,计算分析了不同燃烧面积时烟火药水下燃烧的特性。结果表明:在其他条件不变的情况下,随着燃烧面积的增加,燃烧室内气体达到稳定燃烧所需的压力增加,气泡的膨胀速度、气泡体积变化的加速度以及对应的声压级亦随之增加。     

水下爆炸两气泡相互作用的数值计算研究

基于MSC.DYTRAN有限元软件中的EXINIT及EXFLOW2接口分别开发、定义了三维流场静水压力与边界条件的子程序;以Frost提出的气泡体积加速度模型为基础,确定了水下爆炸气泡脉动的初始条件,对水下爆炸单一气泡脉动过程进行了数值模拟;通过将气泡脉动半径、周期与经验公式对比,验证子程序开发的正确性与计算结果的准确性。以单一气泡运动模型为基础,建立水下爆炸两气泡运动的计算模型,研究两气泡水平距离、竖直距离及初始角度等参数对气泡运动与融合、射流角度、射流速度的影响规律。气泡运动建模思路、计算方法与结果对水下爆炸两气泡运动特性的研究具有一定参考价值。     

水面舰船尾流电导率特性与海水温度和气泡分布的关系研究

为了对水面舰船尾流的电导率特性受海水温度和气泡分布的综合影响进行理论分析和计算,在建立物理模型和数学模型时,对于具有垂直温度梯度的海水中水面舰船的气泡尾流,假设检测尾流的电导率探头极间的气泡分别呈任意分布和均匀分布,获得了海水温度、气泡半径、气泡数密度及气泡分布方式对非尾流区海水电导率与尾流电导率之差δK的综合影响规律。结果表明,不论探头极间的气泡呈何种分布,当海水温度变化范围为10~16℃、气泡半径小于100μm、气泡数密度为2.16×108~6.4×1010颗/m3时,δK都随着海水温度升高或气泡半径增大或气泡数密度增加而增大;在海水温度和气泡半径及气泡数密度都给定的条件下,探头极间的气泡分别呈任意分布和均匀分布所对应的δK相差很大,后者约为前者的2.6倍。     

声致发光中泡内气体参数的估算

基于对声致发光机制研究进展的概述,分析了工作液体、温度、惰性气体对声致发光的影响。介绍了声致发光的光谱,讨论了声致发光动力学特性的气泡半径RP方程和气泡崩溃前的临界状态下对泡内气体密度及气压的估算。     

高热剂含量对烟火药水下燃烧声辐射特性的影响

为探讨燃烧产物热量对声辐射特性的影响,采用水声测试系统,实验研究了高热剂含量不同的药剂水下燃烧时的声辐射特性。结果表明,添加适量的高热剂时,能够显著提高声能。当高热剂的含量为25%左右时效果较佳,15g药剂水下燃烧时的声压级达到了158.8dB,频率主要分布在5kHz以下,但当超过25%时声能开始下降。     

甲烷-氢气-空气预混合气燃烧特性研究

在定容燃烧弹内进行了甲烷-氢气-空气混合气燃烧试验,采集燃烧压力数据和火焰扩散图片,讨论不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比对甲烷-氢气-空气混合气的最大燃烧压力、最大压力升高率、燃烧速率和燃烧稳定性的影响.结果表明:混合气在较高初始温度和较低初始压力下,燃烧速率相对较大;随着混合气中氢气比例增加,最大燃烧压力值增大,其出现时刻提前,火焰半径明显增大且出现褶皱,火焰传播稳定性降低.     

水下航行体俯仰运动微气泡减阻特性试验研究

为研究水下航行体俯仰运动过程中微气泡流形态及减阻特性的变化规律,利用自主设计的驱动装置、高速摄像系统和测力系统,开展水下航行体俯仰运动微气泡减阻特性试验研究。试验过程中,基于自主设计的驱动装置,实现航行体绕其头部按正弦规律作俯仰运动。研究结果表明：当体积流量系数较小时,水下航行体运动过程中离散的微气泡始终均匀分布在航行体表面;水下航行体俯仰运动过程中,轴向力系数、法向力系数、阻力系数和升力系数的变化规律类似,均呈正弦变化规律,且其变化周期与攻角变化周期基本同步;对于不同体积流量系数下俯仰运动的航行体,随着攻角的增加,其阻力系数均呈近似线性增加规律,减阻率呈逐渐线性减小规律。     

CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟（英）

为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基高聚物粘结炸药（PBXs）的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图。计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量。采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程。结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms时,含铝炸药气泡内产生火光。含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm。实验与仿真结果吻合良好。     

水下声波异常透射水-空气界面特性

为探究水下声波关于水-空气界面的异常透射特性,开展了非均匀波作用下水下声波异常声透射理论与实验研究。分别针对实验室理想环境和千岛湖开阔水域真实应用环境搭建水下声波透射实验系统,获取非均匀波作用下水下声波透射水-空气界面的变化规律和影响因素,深入分析了非均匀波作用机理。研究结果表明：当声源深度和水下声波波数乘积小于1时,非均匀波的作用不可忽略,透射系数较大;非均匀波与均匀波能量占比接近时,透射系数随声波频率增大出现波动减小,随声源深度增加平滑减小;水下声波透射入空气时的辐射角范围受非均匀波作用影响较大,随着非均匀波作用的增强,辐射角度范围逐渐增大;研究结果为水下声波异常透射技术在实际环境中的应用奠定基础,对声信号跨介质传递研究提供数据支撑。     

尾流中双气泡声学特性的有限元分析

舰船尾流的声学特性是尾流的主要特性之一,而气泡是形成尾流声学特性的主要原因。通过对尾流单个气泡的主动声学特性分析,建立了气泡的弹性球壳主动声反射/散射特性模型。结合对不同半径气泡声学特性及气泡在尾流中分布的分析,建立了双气泡的结构模型。通过有限元分析模型在周期载荷作用下位移随频率的变化,得到气泡的谐振频率,计算双气泡在主动入射声源作用下的场点分布,得到双气泡的主动声反射/散射特性。     

尾流中多气泡模型及有限元分析

舰船尾流的声学特性主要由分布其中的气泡声学特性决定。分析尾流中气泡的分布,根据气泡的数密度及半径分布,建立了尾流中双气泡的结构模型,并在此基础上,利用有限元方法和分析软件建立了尾流中多气泡的有限元模型,分析模型在周期变化载荷作用下的压力分布和结点位移变化,模拟气泡在尾流中的环境,引入点声源主动入射下的声场分析,模拟尾流在实验室条件下的主动声特性,从而综合得到舰船尾流的主动声特性。     

航速对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了了解航速对舰船气泡尾流几何特性的影响,探索不同尺度的气泡在尾流中的作用规律,为气泡尾流的声探测以及鱼雷的尾流自导提供理论依据,该文采用抛物化的雷诺平均纳维斯托克斯（PRaNS）方程、气泡输运方程及k-ε两方程湍流模式,对2类典型船型的远场气泡尾流场进行了建模与分析,数值估算了舰船尾流中气泡数密度的分布特征,比较了不同航速下气泡尾流几何特性的差异,并与实测结果进行了比较,二者吻合得较好。计算结果表明,航速对气泡尾流的几何分布形状影响不大,但对尾流中气泡浓度的大小影响明显。航速越大,相同尾龄时的气泡数密度也越大,尾流特征越明显;在尾流不同尺度的气泡中,半径10μm的气泡尾流浮升角最大;半径52μm的气泡尾流浮升角最小,半径30~50μm的气泡存活时间最长,所以对气泡尾流的探测应以半径30~50μm的气泡为主。     

基于Hough变换的水中气泡群特征参数提取方法研究

舰船气泡尾流场特征检测是舰船隐身性能研究和尾流自导鱼雷制导效能研究的基础,目前用于水中气泡群特征检测的方法主要是基于高速摄影的图像采集法。针对舰船尾流气泡群图像背景噪声大、气泡重叠度高的特点,提出一种基于改进Hough变换的气泡群特征参数提取算法,实现对大数密度、多重叠水中气泡群图像气泡检测及气泡半径分布计算。用上述方法检测实验室采集到的水中气泡群图像的气泡数及尺寸分布,并与图像实际气泡数进行比对,检验了所提算法准确性,为舰船气泡尾流场特征检测提供了新的思路和手段。     

矩形板在临界频率处的声辐射特性分析

首先建立无限大薄板的声辐射模型,分析其在不同振动频率下的声辐射效率,进而分析有限大矩形板的声辐射效率随激振频率的变化规律,并从相元的角度探究矩形平板在临界频率附近的声辐射效率趋近于1的原因。结果表明,若将板表面划分成活塞小单元,随着频率的增大,对声辐射贡献的活塞单元越多,所以高频时结构的声辐射效率趋近于1。     

不同速度导弹的声辐射特性研究

根据悬浮子弹药对导弹的末端拦截所需的起爆激励条件,研究了导弹飞行过程中的声辐射特性。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对亚声速、跨声速和超声速3种速度等级导弹飞行过程中的表面脉动压力进行了仿真,得到了导弹周围的压力分布及其表面最大脉动压力随速度的变化关系。依据气动声学的声学相似理论对亚声速导弹所产生的声场进行了仿真,分析了该辐射声场中各参量的变化。结果表明:高频单色波可以作为悬浮子弹药激爆检测信号,研究结果可应用于悬浮子弹药声光激爆机制的设计。     

富燃燃气发生器在流量扰动下的压力响应特性

以某型富燃燃气发生器为研究对象,通过主动诱导方式在燃气发生器内部激发高频声波,分析燃气发生器中不同监测点位置在不同诱导频率下的压力响应特性。结果表明:流量扰动的加入并没改变燃气发生器在设计工作状态下的压力主频分布,但主频幅值会因扰动的加入而增大;燃气发生器中的扰流环将预混室与燃烧室隔离开,阻碍了纵向压力波向燃烧室的传播,且对高频压力波的阻尼作用更大;预混室与燃烧室有不同的声学特性,应独立分析预混室与燃烧室的压力响应特性。