单机螺旋桨带动力试验系统研制

为提高风洞单发螺旋桨带动力试验效率,设计搭建单机螺旋桨带动力试验系统。详细阐述系统组成,从 主控平台选择、信号接口电路设计、驱动器控制电路和反馈电路4 方面介绍系统设计,风洞螺旋桨带动力试验时采 用零拉力控制,并进行试验验证。结果表明：该系统控制精度高,电磁兼容性好,自动化程度高,可大幅提升试验 效率,试验准备时间由48 h 缩短至12 h,并已在多期课题型号试验中得到成功应用。     

轴转动调制腐蚀电流产生的极低频电场的测定

钢制船壳和青铜制螺旋桨之间在海水中会因电化学作用而产生腐蚀电流,该电流会从螺旋桨、经转轴、轴承、密封圈及其他一些机械线路回到船壳.随着螺旋桨转轴的转动,这个回路的电阻抗会发生周期性的变化,使得海水中的电流受到调制,从而产生极低频的电磁场由船体向外传播.文中利用船模和Ag/AgCl电极在实验室具体测量了螺旋桨转动时调制船模在海水中的腐蚀电流而产生的极低频电场.测量结果表明,由不同金属制成的船壳和螺旋桨之间的腐蚀电流经螺旋桨转动的调制后, 会产生与螺旋桨转速具有相同频率的极低频电场, 成为舰船的一个重要目标特性.     

加速旋转螺旋桨噪声测试水洞试验研究

为了获取船舶螺旋桨在加速旋转状态下辐射噪声与螺旋桨转速之间的关系,在国际标准的大型循环水洞开展了加速旋转螺旋桨噪声测试试验研究。首先以水洞试验相似准则为约束,分析了在进行模型桨模拟实桨加速过程的噪声测试时需要满足的试验条件,提出了相应的试验工况设计方法。并且,提出了一种从螺旋桨动力仪输出的脉冲信号中获取螺旋桨转速参考值的方法,避免了在加速时脉冲重复周期不断变化给测量精度带来的影响。最后基于Radon变换分析了实测的螺旋桨噪声数据,分析结果表明,试验数据蕴含了螺旋桨转速变化的信息,有助于进一步进行加速旋转螺旋桨辐射噪声信号特性及分析方法的研究。     

自主水下航行器回收过程中螺旋桨推力特性分析

在自主水下航行器 (AUV) 水下回收过程中,螺旋桨的推力特性对AUV的稳定性控制及安全性能等影响非常明显。主要基于计算流体力学方法,采用多块混合网格技术结合RNG k-ε湍流模型,对AUV在不同回收工况下的螺旋桨推力特性展开数值模拟。建立AUV及螺旋桨的三维几何模型;基于多块混合网格方法对计算域进行空间离散,同时采用动网格技术实现螺旋桨与回收管的相对运动及自身旋转运动;利用有限体积法展开数值计算。基于计算数据与试验数据的对比及数值无关性测试,表明所使用的多块混合网格方法能够对AUV回收过程螺旋桨推力特性进行准确计算,为AUV水下回收过程的控制及安全性能评估能够提供理论参考。     

船舶金属螺旋桨旋转产生的涡旋电场模型

为了完善船舶电磁场的产生机理研究,提出了船舶金属螺旋桨简化模型在地磁场中旋转产生的涡旋电场模型,并对实船螺旋桨产生的涡旋电场进行了实例仿真,分析了其周围空间涡旋电场分布情况。该模型可对船舶螺旋桨旋转产生的感应电磁场进行评估计算。实例仿真表明,螺旋桨旋转产生的涡旋电场具有明显的通过特性,且在螺旋桨附近量级可达μV/m,达到了可探测的量级。     

大侧斜对转桨水动力及线谱噪声特性分析

对转螺旋桨的噪声是水下航行器的强噪声源之一,低噪声螺旋桨设计可以通过适当增加螺旋桨叶片数和采用叶片侧斜等方式实现,而对其流体动力及线谱噪声特性进行分析是判定设计优劣的一项重要依据。对于水动力特性计算,基于不可压缩流体雷诺时均方程和RSM湍流模型,多旋转区域耦合问题采用滑移网格进行处理,仿真计算得到普通对转桨和大侧斜对转桨的推力、扭矩、航速及效率等相关参数信息。对于线谱噪声特性,采用时域耦合方法进行求解,声场计算模型基于广义K-WH方程,计算得到了两型螺旋桨的线谱噪声特性。通过对比分析,大侧斜对转桨的水动力特性及线谱噪声特性优于普通对转桨,达到低噪声螺旋桨设计的目的。     

舰船螺旋桨空化噪声建模与仿真研究

为了解决螺旋桨空化噪声的连续谱及其调制谱特性的建模与仿真问题,在对空化噪声 连续谱理论研究和实验分析的基础上,依据各空泡的崩溃时刻的随机性和准周期性及其辐射噪声 的波形结构,分4 种情况分别对各空泡辐射噪声的合成功率谱进行了理论分析,并进行了仿真验 证,提出了空化噪声连续谱的时域蒙特卡罗仿真模型;结合螺旋桨空化噪声时变特性的物理机理, 提出了螺旋桨空化噪声调制波形仿真算法。理论分析和仿真结果表明,螺旋桨空化噪声调制特性 频域不均匀性本质是空化噪声连续谱形状的不稳定性造成的。     

基于液压无键联接技术的螺旋桨有键湿式联接改进

为克服螺旋桨有键湿式联接技术的缺陷,采用螺旋桨液压无键联接技术,以45 000 t级散货船为例,分析了该船螺旋桨与艉轴无键液压安装的计算方法,归纳总结其具体安装过程和注意事项。采用该方法对螺旋桨与轴进行装配,有效地克服了键联接的缺点。该研究对确保螺旋桨工作的安全性、稳定性具有重要意义,从而实现船舶在航行中的安全运行。     

加速旋转螺旋桨脉动噪声干扰特性及抑制方法研究

提取船舶螺旋桨的加速度特征,是声纳导引头和智能声引信探测与分类港口水域机动目标的可行途径。首先分析了匀加速旋转螺旋桨的空泡体积脉动辐射噪声、脉动力辐射噪声和连续谱噪声的水声信号特征,给出被动声纳接收信号模型。进而基于该信号模型,分析了在一定条件下提取螺旋桨加速特征时存在的干扰问题,从而提出了基于分数阶Fourier域滤波的干扰抑制算法及相应的螺旋桨加速度提取算法,并给出了算法的实现步骤。最后,通过对水洞试验数据的分析,验证了算法的合理性。     

机载式相位多普勒干涉仪在结冰风洞的应用

为提高喷雾系统雾化喷嘴的性能,提出一种在结冰风洞云雾参数中用机载式相位多普勒干涉仪(phase Doppler interferometer-flight probe double range,PDI-FPDR)测试粒径特性的方法.介绍PDI-FPDR系统的原理和应用条件,给出结冰风洞喷雾系统在不同水压和气压条件下的试验测量结果,并对结果进行初步分析和对比.试验结果表明:该测试方法有效、可靠,可为结冰风洞云雾特性研究提供依据.     

一种改进的FL-32 风洞双转轴角度测量方法

为满足风洞开展横向测力试验的需求,对FL-32 风洞双转轴角度测量方法及结构进行改进。依据侧滑角 的测量原理,利用三角函数关系计算侧滑角,通过分析侧滑角测量方法误差来源,结合FL-32 风洞实际结构形式, 建立了一套新的侧滑角测量方法,可提高侧滑角的测量精度;同时,通过对双转轴局部结构进行改进,解决了双转 轴的可靠性和适用性。试验结果表明,FL-32 风洞双转轴能满足风洞横向测力试验的要求。     

风洞螺旋桨试验电机现状及发展方向

针对低速所风洞螺旋桨试验电机现状以及存在的不足,探讨今后风洞螺旋桨试验电机研制的方向。基于国内外伺服电机的发展情况,以低速所FL-12风洞、FL-13风洞为研究对象,通过对电机进行整体参数优化设计,磁场分析、电磁负荷计算等详细分析,得出在电机直径、功率和转速一定的情况下,铁心越长、电机的电磁负荷就越低的结论。分析结果保证了电机的设计指标可以达到预期,并可适当控制电机研制成本。     

水面仿生矢量推进器倒车性能分析

针对两栖平台倒车机构复杂、性能研究难以开展的问题,基于水面仿生矢量推进器,提出了一种倒车方式。设计了新型两栖平台,通过推进器反向转动输出倒车拉力,实现了平台0.7 m/s 速度的直线倒行和0.75 m小半径的转弯倒行,提供了更为快速灵活的倒车方式;建立了推进器流体动力学模型,结合下压力、倒车拉力和转矩三维驱动的周期性输出规律,分析轮轴高度、轮辐长度、转速和叶片夹角对推进器倒车性能的影响,扩展了平板旋转绕流的研究;建立敞水试验系统,验证了数值计算模型的正确性。结果表明：随着推进器轮轴高度增加,转矩单调递减;下压力和倒车拉力随着轮辐长度线性变化,转矩与轮辐长度呈二次函数关系;随着转速提高,三维输出单调递增。研究结果为两栖平台倒车控制提供了理论参考依据。     

连续式跨声速风洞动力系统运行安全研究

为提高连续式跨声速风洞动力系统的运行安全性,结合0.6 m×0.6 m连续式跨声速风洞的建设、调试和运行实践,分析风洞闭口回流布局对气流温升和管网阻力的影响,研究轴流压缩机在风洞应用中的轴系、运行工况和马赫数控制的安全特性,对关键性能进行了测试研究。研究结果表明：换热器性能满足压缩机运行和风洞总温需求;得到了压缩机轴系运行参数报警阈值和防喘振曲线设置的依据,测试出了扭转振动临界转速。压缩机防喘振曲线统一采用100 kPa总压下的流量和压力比,风洞马赫数可采用压缩机转速和中心体位置闭环组合控制。     

装配式钢桁架桥三分力系数的数值仿真

为克服风洞试验存在周期长、成本较高、设备复杂等不足,采用数值模拟提取三分力系数方法对某型装配式钢桁架桥梁典型断面三分力系数进行分析。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,对某型装配式钢桁架桥的三分力系数进行数值模拟。在对数值仿真结果与风洞试验结果对比分析的基础上,对桥梁的3种典型断面三分力系数进行分析,并给出3种典型断面的压力和速度分布图。结果表明:该方法与风洞实验值吻合较好,具有较好的可行性与可靠性,能为该桥的抗风性能分析提供直接的数据支持,并为桥梁结构优化提供参考。     

1.8 m×1.4 m 低速风洞模型支撑系统研制

1.8 m×1.4 m低速风洞是中国空气动力研究与发展中心新建的一座连续式单回流风洞.针对该风洞试验段尺寸小且主要用于基础问题研究的特点,为增强对模型支撑方式及模型姿态变化定位的适应性,减小对洞体的干涉和对流场的影响,该风洞模型支撑系统迎角机构采用双圆弧导轨导向+弧形齿轮副驱动,迎角连续变化幅度±30°;侧滑角机构采用地面转盘形式,侧滑角变化范围±360°;控制系统软、硬件给出了具体实施方法.分析标模试验结果表明:该系统结构简单紧凑,刚度大,运行灵活,模型姿态变化定位精确,可以更好地满足常规试验对尾撑、腹撑等姿态变化的需要.     

连续式跨声速风洞中压缩机一体化设计

为满足连续式跨声速风洞对主回路驱动压缩机运行范围宽广、气动性能优良、转速控制精度高、密封严密、喘振预防安全可靠的特殊要求,开展0.6 m连续式风洞驱动压缩机针对性设计,并进行机械运转试验、气密性试验、转速控制精度测试试验、热力性能试验、喘振预防试验验证。根据一体化设计理念,对压缩机进气室、排气室分别与风洞第1拐角段和第2拐角段整体设计,使结构紧凑、流动均匀、压力损失降低;采用充气密封和设置放空腔等设计,有效防止了润滑油泄漏到风洞内流道以及风洞内部试验气体向洞体外泄漏和风洞外部的湿空气进入风洞内部;基于主从控制模式和矢量控制技术,成功实现了两台电机的双端同步拖动。试验结果表明：0.6 m连续式风洞驱动压缩机设计合理,气动性能优良,运行平稳,密封效果良好;压缩机转速控制精度优于0.03%,防喘振控制安全可靠。     

FL-24 风洞武器舱舱门动态试验装置

针对先进作战飞机发射或投放武器后,武器舱舱门的高速运动将对周围流场产生强烈干扰的问题,在FL-24风洞中建立了舱门开闭动态模拟试验装置。介绍试验装置的构成,利用舱门和舱内布置的动态及静态压力传感器对如舱门动态载荷特性、舱内气动噪声特性、以及St数变化影响等进行研究,并通过预先分析运动历程,估算驱动舱门所需力矩和电机功率,进行机电系统优化设计,反复调试控制程序,达到舱门转动高速响应、精确定位的目的。试验结果表明:试验装置设计合理,运行可靠,舱门最短开/闭时间约为0.15 s,能够准确模拟舱门高速开闭历程,并可拓展到其他多项试验研究。     

大型低速风洞尾撑机构研制

尾撑机构是为大型低速风洞研制配套的多用途支撑设备,其主要用途包括：支撑战斗机模型完成大迎角 状态测力、测压试验任务,迎角连续变化范围-15°～90°,侧滑角连续变化范围±35°;支撑大尺度模型(最大翼展达 6 m)完成常规测力、测压、地效试验等任务,满足迎角连续变化范围-10°～75°;支撑特殊模型进行特种试验,包括 细长体模型、螺旋桨模型、动力模拟试验模型等。标模试验验证结果表明：该机构刚性强,模型支撑牢固,运行灵 活,模型姿态变化定位精确,可满足常规和大量特种模型支撑和姿态变化需要。