锥形炮管结构参数的优化设计

关于防暴锥形炮管结构优化问题,为了提高脉冲防暴水炮射流轴向速度矢量比,增强流形稳定性等,采用相比传统的圆柱形炮管具有很大优势的锥形炮管,通过合理的选择锥形炮管的结构参数来提高脉冲防暴水炮技战术性能。通过建立压力方程、气体做功方程和水柱加速度方程,并在Fluent流体仿真软件进行仿真分析。确定了在锥形炮管大端直径D=64mm的情况下,出口直径d=38mm时所获得初始射流的综合性能最好的效果,为设计系统提供了依据。     

脉冲防暴水炮运动参数仿真研究

研究增大脉冲防暴水炮的有效射程问题,脉冲防暴水炮是用于处置群体性骚乱事件的大型非致命武器装备,在实战中发挥了重要作用。为改善防暴水炮射程和刺激剂雾化效果,就需要对脉冲防暴水炮的运动参数进行优化设计。通过建立数学模型,然后运用FLUENT流体仿真软件进行运动仿真,最后结合Tecplot后期处理软件的分析,得出了初始压力、初始水量、初始射角等运动参数对水炮射程及雾化效果的影响。在综合各种因素的基础上选择出最佳初始压力和最佳水量,仿真效果比较有效,为设计提供了依据。     

脉冲防暴水炮近流场的数值模拟

为研究脉冲防暴水炮非稳态气液两相射流的雾化机理,采用一方程大涡模拟耦合有界压缩型VOF方法构建数值计算模型,对近流场进行数值模拟。从喷雾形态看,由数值模拟得到的气液两相界面分布图与近流场的高速摄影图像相符程度较高。对两者进行分析比较后发现,在近流场中高压气体膨胀为射流发展的主要动因。     

防暴水炮刺激剂破碎仿真研究

研究非致命性武器防暴水炮问题,刺激剂破碎雾化后能提升防暴水炮的作战性能.对防暴水炮进行研究能较清晰地看到刺激剂的破碎过程,为有利于进行破碎机理分析,提出采取大涡模拟(LES)和流体体积函数(VOF)相耦合的方法对气液两相流场在Open FOAM平台上进行仿真.仿真结果表明:初始扰动使液体表面产生不稳定波,随着扰动加剧,不稳定波迅速增长,并最终导致了液体的破碎.用不稳定性理论表示液滴的破碎参数,证明KH-RT模型能较好地实现防暴水炮气液两相流的破碎过程.     

基于新型智能探头的大气数据系统算法研究

开展了基于一种新型半圆柱形探头的大气数据系统算法研究工作。通过计算流体力学(CFD)软件计算获得了半圆柱形探头本体和探头所在处的局部流场信息,建立了该种大气数据系统的气动模型和系统算法模型,并通过仿真验证了算法模型的精度。该项研究工作对大气数据系统及大气数据系统传感器的设计开发具有较高的借鉴和参考价值。     

考虑液滴尺寸分布气液两相爆轰流场数值仿真

研究脉冲爆轰发动机喷射装置模型问题,针对两相爆轰流场中燃料液滴半径实际上分布的不均匀性,为了建立更符合实际的模型,提出了多尺寸分布的两相爆轰方程.应用二维守恒元和求解元方法(CE/SE方法)对其进行数值仿真,得到了液滴初始半径分布对管内流场的影响.液滴初始半径分组时爆轰波速度介于不分组时最小液滴半径和最大液滴半径的计算值之间;分析了液滴初始半径不同分组时,液滴平均半径越小,爆轰波最大压力和爆轰波出口速度越大.仿真结果证明用CE/SE方法可有效捕获两相爆轰波间断能力.研究成果为脉冲爆轰发动机喷射雾化装置设计提供设计依据.     

气液两相圆锥绕流的数值仿真

研究锥形物体在气液两相流场中动特性问题,对流场特性的影响和锥形物体自身的承载受力情况;采用CFD流体仿真软件FLUENT,用欧拉双流体模型结合Realizablek-ε湍流模型,对锥体在气液两相流场中的运动进行数值仿真.结果显示,在锥体尾部形成一组对称的回流涡,随着流体含液率的增加,主相空气相在中心轴线上的流向速度明显受到影响,尾涡变短,恢复速度变快;在绕流体的壁面上的流场的速度梯度会增大;同时绕流体周围的流场的压力梯度也会增大,湍动能和湍动能增量都会增大,与实验的结果基本吻合,验证了运用数值仿真的方法来研究气液两相锥体绕流问题是正确可行的.     

警用脉冲防暴水炮管外动力过程数值模拟

为研究脉冲防暴水炮发射后在管外的动力过程,在Open FOAM软件上利用LES和VOF相耦合的方法对脉冲防暴水炮气液两相流流动过程作数值模拟。对水炮发射过程及其在距端口1.5m范围内的压力分布和速度分布做了分析。用SAMPLE软件对流场数据进行了采样,得到了用其它手段难以获得的数据。模拟表明,液柱形状急剧变化,首先形成蘑菇形,接着被压缩成半球形,在球形内部压力的作用下,半球形液弹被压缩成弧形。压力的作用距离集中在距端口300mm范围内,并很快降到了0.4MPa以下,其间因为压力有一个二次突然释放的过程,造成了二次喷射现象。速度是一个急剧先增加后减小的过程。所采用的圆柱式喷嘴使压力和速度下降太快,不利于提高水炮射程,需要改用其它类型的喷嘴。     

基于数值求解的远程交会路径规划优化研究

研究航天器多脉冲远程交会路径规划问题,由于航天器在变轨过程中,应减少发动机燃料的消耗,有利于增加有效载荷.因此,在多冲量变轨问题描述的基础上,通过选择优化变量建立了无摄动的燃料最优和考虑摄动的燃料最优变轨优化模型,利用遗传算法、序列二次规划及GA+SQP串行混合优化算法进行优化求解,进行了数值仿真.通过仿真实现了不同脉冲次数的远程交会路径规划,并对比分析了摄动的燃料最优变轨优化模型,提出了相应的串行优化策略,通过算例对所提出的算法进行了仿真验证,实现了航天器路径规划数值优化求解的目的,可为多脉冲远程交会提供参考.     

自主水下机器人深海热液羽流追踪仿真环境

提出用自主水下机器人(autonomous underwateer vehicle,AUV)基于仿生行为追踪深海热液羽流,进而快速、精确定位海底热液喷口;并针对AUV追踪深海热液羽流的仿生控制策略研究需要,设计、实现了一个计算机仿真环境.首先介绍了基于AUV的深海热液羽流追踪和该仿真环境的模块化构成,然后给出了仿真环境中的流场和羽流仿真模块所采用的仿真模型及其高效的数值求解算法,和为便于蒙特卡洛仿真而设置的一组随机初始条件和边界条件,以及介绍了控制系统仿真模块采用的一种基于行为的模块化的AUV控制系统体系结构.该仿真环境体现了AUV追踪热液羽流的仿生控制策略研究的问题复杂性因素,包括流场非均匀和非定常,羽流分布不规则、不连续、空间尺度大,羽流轴线弯曲,以及羽流含有浮力上升部分和包含非守恒示踪物质,并且具有较好的可视化效果.同时,该仿真环境具有较高的计算效率,适合于实时仿真和蒙特卡洛仿真研究.分析和演示表明,该仿真环境满足研究需要,为AUV追踪深海热液羽流的仿生控制策略研究提供了有力的支持.     

Generation of orbital angular momentum vortex beams with cylindrical and conical conformal array antennas

In this article, cylindrical and conical conformal arrays are presented to flexibly launch the OAM vortex beams. First, we analyze the characteristics of OAM beams generated by planar annular arrays with different radii. Then characteristics of vortex waves generated by cylindrical and conical arrays with different curvatures are analyzed. Finally, prototypes of cylindrical and conical arrays are fabricated and measured. Experimental results imply that OAM vortex beams can be effectively generated by cylindrical and conical conformal phased arrays, which may provide a reference for electromagnetic vortex communication on the conformal carrier in the future.     

Model study for rehabilitation planning of water supply network

Inefficient delivery and inadequate coverage of water supply and sanitation services are major concerns for public health in the urban regions of developing countries. The contamination of the treated water within distribution system leads to frequent outbreaks of waterborne diseases. This demands a proactive approach that is based on risk assessment and a management methodology to ensure water safety. In this context, the paper presents a model study undertaken for the water supply network of a pilot area in Hyderabad city, India. The risk assessment methodology uses geospatial databases of the water supply network, sewer network, open drains, groundwater table, pressure in pipes, and soil data with a number of system-specific attributes. Fuzzy multi-criteria evaluation approach with qualitative and quantitative domain knowledge is employed in pipe condition assessment model. The physical parameters viz. pipe age, material, diameter; operational parameters viz. intermittency, number of breaks and bursts, and leakage in the system; and environmental parameters viz. workmanship, bedding condition, and traffic determine the vulnerability of pipes to contaminant intrusion. The zones of contamination formed in the soil near open drains and sewer crossings (i.e., hazards) are delineated using a contaminant ingress model. The risk of contaminant intrusion is assessed as a function of vulnerability and hazard. The results indicate that roughly 3% of pipes in the network are in Bad condition and require rehabilitation on a priority basis; about 46% of pipes are in Medium condition. The study describes a techno-economically feasible approach to assist water managers and policy makers in delivering safe drinking water.     

工业CT图像管道拟合

研究了工业CT图像序列中工件内部管道的拟合方法。在利用Facet模型提取管道边缘的基础上,将三维圆柱面、椭圆柱面管道的拟合转化为中心轴截面上的二维轮廓曲线圆、椭圆的拟合,与传统的三维曲面拟合相比,效率更高。通过对实际的发动机工业CT图像进行实验,结果表明该方法可以较准确地获取工件内部管道的几何参数,为基于工业CT的逆向工程打下基础。     

Measuring and modelling sewer pipes from video

This article presents a system for the automatic measurement and modelling of sewer pipes. The system recovers the interior shape of a sewer pipe from a video sequence which is acquired by a fish-eye lens camera moving inside the pipe. The approach is based on tracking interest points across successive video frames and posing the general structure-from-motion problem. It is shown that the tracked points can be reliably reconstructed despite the forward motion of the camera. This is achieved by utilizing a fish-eye lens with a wide field of view. The standard techniques for robust estimation of the two- and three-view geometry are modified so that they can be used for calibrated fish-eye lens cameras with a field of view less than 180°. The tubular arrangement of the reconstructed points allows pipe shape estimation by surface fitting. Hence, a method for modelling such surfaces with a locally cylindrical model is proposed. The system is demonstrated with a real sewer video and an error analysis for the recovered structure is presented.     

机械自适应管道机器人的机构原理与仿真分析

针对轮式管道机器人在遇到弯管或不规则管时会发生运动干涉的问题,提出将三轴差动轮系引入管道机器人驱动系统中,使轮式管道机器人具有对管道环境的自动适应性能,并对机械自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究．同时,对管道机器人进行了三维建模及运动仿真分析,验证了应用三轴差动轮系的管道机器人具有较强的弯管适应能力及管内运动的稳定性．该机器人具有适应能力强、结构紧凑、驱动效率高、工作可靠及成本低的特点．     

结构尺寸对LNG低温柔性管道内衬层 力学性能的敏感性分析

为完善波纹结构尺寸参数对管道力学性能影响规律的研究，以某浮式液化天然气用低温复合柔性管道为例，建立U型金属波纹管参数化三维有限元模型。在拉伸、弯曲和扭转载荷作用下，分析管道结构的刚度性能，进一步开展U型金属波纹管关键结构参数（如波高、波距和壁厚等）对管道结构刚度性能的敏感性研究。结果表明：U型金属波纹管的结构参数对管道的力学性能影响显著。计算分析发现的敏感性规律，对U型金属波纹管的结构设计提供理论基础。     

Numerical study of non-kinematical conical bending with cylindrical rolls

Although desired cones can be manufactured by kinematical conical roll bending, less manufacturing cost is still largely required. This paper presents the modelling and simulation of non-kinematical conical roll bending process with cylindrical rolls. Such process is achieved by using attachments to reduce the velocity on the area close to the top edge of the plate. In contrast with a kinematical conical roll bending machine, the driving outer rolls of a non-kinematical conical roll bending machine are allowed to slide on the plate close to the top edge. The modelling is based on finite element method under ANSYS/LS-DYNA environment. The bent cones obtained from numerical simulations compare well with the desired cones. Numerical simulation investigations show that the adaptive capacity of the model is available within a range of the top–bottom radius ratio of the desired cones between 0.44 and 0.8.