回转体并联入水过程空泡及运动特性数值模拟

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回转体并联入水过程进行数值模拟。首先,建立了回转体高速并联入水的数值计算模型,验证了计算方法的有效性。然后,基于此模型开展不同初始参数的并联入水数值计算,得到不同参数下的流场及运动特征。最后,结合计算结果分析了不同参数下并联运动体的空泡形态及特征尺寸变化、侧向与偏航运动规律。研究结果表明,随着入水初速度增大,内侧空化现象越剧烈,同一量纲一的时刻空泡的外侧极径和限制长度增大,回转体量纲一的侧向位移和偏航角越大。随着初始净距减小,同一量纲一的时刻空泡的限制长度越小,回转体的量纲一的侧向位移和偏航角先增大后减小。小横流作用下,迎流与背流回转体的外侧空泡径向尺寸与单体基本相同,而长度略大,随着横流速度增大,并联入水状态的空泡尺寸差异同单体相比增大;内侧空泡的径向尺寸差异较大,其中迎流回转体的内侧空泡极径较大,且随着横流速度增大极径的最大值始终维持在d+D/2左右。横流速度较小时,并联入水回转体头部靠近而尾部远离;横流速度较大时,两回转体头部远离而尾部靠近。     

运动参数对回转体倾斜入水流场特性影响

为分析回转体低速倾斜入水过程中入水空泡形态及流体动力特性演化规律,基于Fluent流体计算平台,并利用动网格技术,针对小型回转体以不同入水速度和入水角度的倾斜入水过程开展数值仿真研究.数值仿真结果与试验结果良好一致性,证明了文中数值仿真方法的正确性与有效性.基于该数值仿真方法,针对不同入水速度和不同入水角度回转体低速倾斜入水过程流场特性进行分析.数值计算结果表明:在距离自由液面相同位置处,回转体倾斜入水产生所产生的入水空泡,其直径随着入水速度的增加而小幅增大,随着入水角度的增加而减小;入水速度对流场中压力分布规律有较大影响,在同一入水深度处不同入水速度回转体入水过程中流场的最大压力随着入水速度的增加而增大;入水角度对回转体附近流域的最大压力影响较小,但最小压力随着回转体入水角度的增加而增大;不同入水角度回转体,母线压力峰值位置随着入水角度的增加而逐渐向母线右端点偏移,但其值差别较小;不同入水速度回转体其阻力系数峰值差别不大,不同入水角度阻力系数峰值随着入水角度的增加而增大,但稳定后的阻力系数值随着入水速度的增加而减小.     

带空化器回转体空化流场研究

为深入研究绕带空化器回转体的空化流场结构,采用试验和数值模拟的方法对带不同尺度空化器回转体的空化流动进行了研究。运用高速全流场流动显示技术获得了不同空化数下绕回转体的空泡形态,运用粒子图像测速技术(DPIV)测量了相应工况下流场的时均速度和时均涡量分布。研究结果表明:空化器尺度对绕回转体空化流动有重要影响,对于自然空化,不同尺度空化器初生空化数不同,空化器越大越有利于空化的产生,并有利于空泡的发展;对于通气空化,在相同通气率下,绕小尺度空化器回转体产生的空泡长度大于绕大尺度空化器回转体的泡长,且绕小尺度空化器回转体容易达到稳定的超空泡状态。这是由于在大空化器后部流动分离明显,存在更加复杂的漩涡运动,从而不容易产生稳定的空泡。在相同通气率和傅汝德数下,绕带不同空化器的回转体形成的空泡形态不同,空泡的脱落方式和周期也不同。     

半圆头回转体自然空化流场分析

采用计算流体动力学软件FLUENT6．3对半圆头回转体进行流场分析,验证模型设置和计算方法的有效性,对不同空化数下的流场进行了求解．结果表明：在标准大气压下,空化数σ=0．096是该种头型的,晦界空化数;随着空化数的减小,超空泡在弹体上的长度逐渐增大,总阻力系数逐渐减小;超空泡具有很好的减阻特性,对于该种头型,减阻能力达59％～75％．     

回转体滑水航行流体动力特性研究

基于STAR-CCM+数值仿真软件,选用SST k-w湍流模型,采用VOF波构建运动体在静水面滑水数值计算模型。通过国外经典文献对构建模型进行校核,数值模拟结果与实验结果吻合性较好,流体动力数值误差均小于5%,在工程误差范围内,模型可用于回转体滑水航行工况的数值模拟计算。对回转体在不同速度、不同淹没深度滑水工况进行数值模拟,研究其流场特性和流体动力特性。结果表明,回转体在静水面滑水过程中,尾部波浪兴起,液体飞溅形成水花,滑水速度越高、淹没深度越深,尾部兴波越明显;回转体在C_v≥8时,流体动力系数几乎不变,其不受速度大小的影响,而在C_v=3时,流体动力系数较高,阻力系数高于高速(C_v≥8)滑水阻力系数20%,升力系数是高速滑水升力系数的3倍,其与回转体在低速滑水过程中表面压力和摩擦力作用分布有关;回转体在不同淹没深度滑水过程中,阻力系数与淹没深度呈线性关系。     

不同攻角运动的水下导弹表面空泡流场数值研究

在水下高速航行的弹体表面的局部低压区会形成空泡,而空泡的形成会对弹体周围的流场造成很大的影响.当弹体在一定攻角下航行时,弹体周围的流场非常复杂.文中采用Singhal提出的空泡模型,利用有限容积法对三维弹体的外流场进行了数值模拟.将零攻角下的数值结果与文献中的经典实验结果进行了比较,二者数据符合较好.利用此方法对5种小攻角进行了研究,比较分析了5种攻角下弹体表面的空泡分布和压力系数分布,并通过数值积分的方法得出弹体在不同攻角下的侧向力和力矩.计算结果表明,当攻角大于2.5°后,侧向力和力矩会大幅度的增加.文中结论可供水下垂直发射与水下导弹的研究与设计参考.     

响应面模型在艇型多目标优化中的应用

针对潜器的艇型优化,研究了试验设计、响应面模型技术和多目标优化算法.选择了决定回转体艇型的6个参数,将阻力数值计算结果进行数据回归,建立阻力、体积与型值的二阶多项式响应面模型.然后将阻力最小与体积最大作为回转体艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了 Pareto 最优解集.结果表明,在艇型优化过程中采用近似...     

轴流泵端壁区域流动三维粘性数值计算

本文作者采用通用流场分析软件FLUENT，基于N-S方程，选用RNG k-ε湍流模型与SIMPLEC算法，对轴流泵叶轮内部(及端壁间隙)流动进行了三维粘性数值计算。通过实验验证，表明数值计算结果和实测数据吻合较好。详细分析了叶顶附近流场形态以及叶轮出口轴向、周向速度分布，进行了性能预估。并给出了实验装置图。     

绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性

为深入了解通气两相流的流场结构及水动力特性,在循环水洞中利用高速全流场显示技术及六分力天平测量技术,对绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性进行实验研究.结果表明:弹身区域流场呈均匀分布的水气两相混合状态,流动稳定,非定常特性不明显;尾部区域流场较为紊乱,非定常特性明显,尾部空泡涡的周期性脱落引起模型阻力系数出现周期性脉动现象.绕流线型回转体通气两相流动的非定常特性与雷诺数及通气率有关.通气率的增加可降低由于尾部空泡涡的脱落而引起的阻力系数的波动幅度,而对尾部涡的脱落频率无明显影响;随着雷诺数的增加,由于尾部空泡涡的脱落而引起的阻力系数的波动幅度减小,尾部涡的脱落频率增加.     

超空化航行体前部外径对空泡影响的研究

文章基于CFD技术和水洞试验,对超空化航行体通气装置外径尺寸对空化流场的影响进行了研究.数值计算结果表明:航行体的前部外径对航行体超空泡的生成和形态有重要影响,若Rw取值偏大将会使空化流场出现空化不连续现象,甚至改变超空泡的脱体边界.文中以数值计算结果为依据,建立了航行体超空泡可以正常生成的航行体前部外径最大临界值公式.同时设计了三个航行体头部模型在水洞实验室进行了实验研究,实验结果验证了所建立公式的正确性,文中结论为进一步研究人工通气超空化奠定了基础.     

非结构网格多段翼型绕流Euler及N—S方程数值模拟

描述二维非结构无粘网格和粘性网格的生成方法,对二维翼型绕流进行了Euler及N－S方程数值模拟,运用推进面方法,生成无粘网格,进一步结合推进层方法,生成粘性网格,应用中心有限体积法,采用B－L代数湍流模型,完成了对多段翼型流场的Euler方程和N－S方程的数值模拟计算,计算与实验结果对比表明,所采用的网格生成技术及流场计算方法是正确、有效的。     

基于双展开平面映射法的板料成形多步快速模拟

初始解的确定是板料冲压成形有限元快速分析中的一个重要环节,初始解的好坏严重影响分析计算的速度以及求解的收敛性。文章在总结前人研究成果的基础上提出一种新的网格映射方法——"双展开平面映射法"快速获得中间构型初始解。在此基础上,将上述方法用于板料成形的多步快速模拟,试算表明所提方法正确、有效,为板料成形多步快速模拟中的中间构型准确建立奠定了重要基础。     

基于遗传算法的空空导弹弹道拟合方法

提出了一种基于遗传算法的空空导弹弹道拟合算法。该算法克服了诸如多因变量的多元逐次回归法、单因变量的多元逐次回归法等传统拟合算法的不足。通过对多种型号空空导弹弹道的拟合计算表明该算法可行性好，拟合精度高，拟合模型优化效果好，拟合结果已成功应用于某些飞机武器火控系统工程设计中。     

旋翼跨声速流动气动噪声的一种高效算法

采用Euler/Kirchhoff方法,计算了直升机旋翼悬停流场的远场噪声。在采用CFD方法求解非定常旋翼悬停流动的Euler方程的基础上,采用Kirchhoff公式计算了直升机悬停流动的远场噪声。中对Kirchhoff面的选取、源点延迟时刻的确定方法进行了研究,并提出了一种由Euler方程解确定Kirchhoff面上物理参数及其空间法向导数的高效三维线性插值方法。对UH－1H直升机旋翼跨声悬停流动的远场噪声进行了定量计算,计算结果与实验值相比较,符合较好,验证了本方法的正确性。     

一种估计TSD信道的扩展时间的方法

复本相关器，复本相关积累器和分段复本相关器分别是理想信道，时间扩展信道和频率扩展信道的最佳似然比检测器。针对实际中信道扩展时间未知的问题，提出了一种简单的，易操作的估计目标回波时间扩展长度的方法，解决了复本相关积累器的严重失配问题，最后对该方法进行了仿真计算，表明该估计方法是可行的。     

射流噪声抑制的数值方法——共轴射流的研究

由于喷气飞机中发动机产生的气动噪声是飞行时的主要噪音之一,因此射流噪声的研究具有重要的意义。文章结合CFD技术与气动噪声时域理论求解共轴喷管的射流噪声。首先采用雷诺平均N-S方程求解器对射流的三维流场进行了数值模拟。通过数值模拟,得到了共轴喷管马赫数为0.75的流场特性。然后结合lighthill声比拟理论研究了流场产生的气动噪声。结果发现,由于次级流对主流的影响,导致射流流场结构改变,剪切层内的大尺度涡减小,与常规单喷管射流噪声相比共轴射流有所改善,特别是在高频段喷流噪声有明显减小。     

适用于三维有限元网格显示的逐步消隐法

在分析现有消隐方法及三维有限元网格划分特点的基础上,提出了一种将外法线法与线面比较法相结合的消隐方法──逐步消隐法,快速有效地实现了三维网格的可视化。结果表明,用于三维有限元网格划分的消隐是简便实用的。     

供油规律对某型加力涡扇发动机起动过程影响

基于逐排模型,文章发展了一种预测涡轮小转速特性计算方法,并进一步基于涡扇发动机部件匹配技术,建立了某型涡扇发动机起动过程计算模型及相应算法,给出了不同供油规律对发动机起动过程、高压压气机动态工作线影响规律,结果表明增加最大涡轮前温度对涡扇发动机起动过程并无明显改善,但却对高压压气机稳定工作裕度造成不利影响。     

导弹包线高精度拟合中奇异型包线的处理

讨论了奇异型发射包线的处理在包线拟合中的重要性,针对过分奇异型包线的特点,提出了基于用压缩存储的样本包线直接进行模糊推理的处理方法.结合多关系式拟合-插值法和模糊逻辑逼近法,形成一套高精度、快速且内存需求量较少的奇异包线处理方法.仿真结果表明,该方法能有效地解决奇异型包线拟合时速度、精度和存储量之间的矛盾.     

MEMS陀螺随机误差补偿在提高姿态参照系统精度中的应用

为提高航姿系统姿态角测量精度,论文对MEMS陀螺随机误差的测试和补偿进行了研究。运用Allan方差方法分析了MEMS陀螺各项随机误差的特性,建立了针对MEMS陀螺的随机误差补偿模型。采用Allan方差辨识算法完成对各项随机误差的分离,获取速率随机游走(RRW)和角度随机游走(ARW)噪声方差值。通过设计的卡尔曼滤波器对MEMS陀螺随机误差进行实时估计补偿,利用姿态解算算法得到随机误差补偿前和补偿后各3个方向的姿态角。实验结果表明经误差补偿后系统的静态偏航角测量精度提高了3倍、横滚角提高了4倍、俯仰角提高了12倍。