弹体入水弹道研究综述

描述了弹体入水过程４个阶段：撞击、流动形成、开空泡、空泡闭合的基本特征。分别讨论了弹体形状、入水角、入水速度、攻角、初始角速度和水域环境对入水弹道的影响。综述了弹体入水弹道的实验与理论研究概况，提出了有待进一步研究的工作。     

圆盘空化器航行体入水空泡实验研究

针对圆盘空化器航行体入水空泡问题,开展约束航行体姿态的实验研究。实验研究了入水局部空泡、空泡正好闭合在航行体尾部及入水超空泡的生成、发展与倾斜入水下的空泡流动特性。分析了空泡尺寸与弗劳德数和欧拉数之间的关系,给出了入水空泡长度的变化规律,探讨了实验获得各种空泡流动形式的流动机理。结果表明,入水局部空泡长度在深水闭合之后有微小增加,空泡最终以云状空泡形式脱落溃灭。当空泡正好闭合在航行体尾部时空泡极易形成回射流与航行体及空泡尾部相互作用,影响空泡尾部流动形式。入水超空泡有较好的稳定性。倾斜入水空泡易受重力影响,空泡尾部上飘,导致航行体尾部与空泡的相互作用下的空泡拉断。倾斜入水空泡内气体弹性效应更加明显,空泡壁面出现波形,空泡长度发生振荡。     

回转体匀速垂直入水早期空泡数值模拟研究

基于VOF(Volume of Fluid)方法和有限体积法求解气、水两相流动的RANS方程,并结合动网格技术,对物体垂直入水空泡流动进行了数值计算研究。通过对球体垂直入水早期空泡形态进行数值计算,并将计算结果与May A 理想空泡模型拟合结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了数值计算方法的有效性。在此基础之上,进一步研究了150°锥角回转体垂直入水空泡生成过程,空泡壁面运动特性和空泡表面闭合特性,给出了垂直匀速入水空泡形态随时间变化规律,空泡壁面随入水过程时间变化运动规律,以及空泡表面闭合时间与入水速度之间的关系。     

双球并联入水空化及运动特性实验研究

物体入水问题近年来受到广泛关注,但关于运动体并联入水的研究较少。相对于单运动体入水,多运动体并联入水在军事中也有很强的应用背景,例如水上多枚鱼雷空投、超空泡射弹齐射入水等,这种多层次饱和打击能够大幅提高对水下运动目标的毁伤效果。为了探索双运动体并联入水的流体动力特点,开展了不同横向间距下的双球同步入水实验,分析了入水后双空泡演化过程与运动特性。结果表明,并联入水后由于双球内侧流场和压力发生变化,水-汽-壁三相接触线倾斜在球体表面,且倾斜角度随双球间距增大而减小;双球的空泡形态和三相接触线具有良好的彼此对称性。当双球以较小的横向间距(≤2.5D)并联入水时,空泡尾部内侧壁面会发生融合,形成"臼齿形"空泡,且其溃灭首先发生在壁面融合处,溃灭尾迹交织呈云团形;当间距增加至3.5D时,空泡溃灭尾迹向内侧偏、交汇呈马蹄形;当间距进一步增加到5.5D和7.5D时,双球空泡尾迹相互干扰很弱,与单球空泡尾迹形态比较接近。当双球横向间距小于3.5D时空泡表面闭合诱导产生的水柱顶部发生分离并两侧抛洒,随着横向间距的不断增加,空泡发展受相邻运动体的影响逐渐减弱,但均呈现出良好的对称性,其长度、直径与溅起水花等现象都趋近于单球入水情况。     

超空泡射弹异步并联入水流场与运动特性研究EI北大核心CSCD

为研究超空泡射弹异步并联入水性能,基于Fluent流体仿真软件,采用有限体积法、VOF多相流模型以及重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联入水数值方法,利用高速摄影机及轻气炮进行了单发射弹高速入水试验,通过对比仿真结果与试验结果验证了数值方法的可靠性。在此数值方法的基础上,分别对弹丸初始纵向间距为0,0.5,1.0,1.5,2.0及3.0倍弹长时并联超空泡射弹入水的过程进行了数值模拟,并对比分析了不同纵向间距下两发射弹的流场特性与运动特性。研究结果表明,异步并联弹丸空泡间的耦合关系与同步并联相比变化明显。当初始纵向间距为0.5倍弹长时,弹1空泡受到弹2空泡的剧烈挤压,弹1右侧刺破空泡发生一次尾拍;当初始纵向间距为3.0倍弹长时,弹2受弹1空泡干扰明显,入水后期弹丸完全失稳。相比起同步并联,异步并联时弹2所受入水冲击载荷较小,并且随着初始纵向间距由0增加到3.0倍弹长,弹2所受入水冲击载荷呈现递减趋势。     

空心圆柱低速垂直入水试验研究

为获得空心圆柱垂直入水空泡演化规律和运动特性,利用高速摄像技术对其低速垂直入水过程进行了试验研究。通过对空心圆柱体入水空泡的演化过程的观察和运动参数的测量,讨论分析空心结构对空泡形态演变的影响和不同入水速度下空泡演化过程和模型运动阻力变化。结果表明：空心结构诱发通孔射流使深闭合下的空泡壁由点分离形式变为线分离,出现新的空泡壁收缩形式,运动体尾部出现环状空泡,稳定状态空泡出现气泡分阶段脱落和\     

空泡外形对超空泡航行体机动回转运动影响

提出超空泡航行体空泡流型概念,将航行体外形、空泡外形、航行体外形与空泡外形匹配统一用超空泡航行体空泡流型描述,用定量关系表达超空泡航行体流体动力特性;建立机动回转运动超空泡数学模型,推导回转运动超空泡外形表达式;研究超空泡航行体由直航运动过渡到稳态机动回转运动过程,给出该过程中超空泡外形变化规律;分析角速度、离心力对机动回转运动超空泡外形影响,揭示该两因素对超空泡外形变化影响程度;以空泡外形与航行体外形匹配为约束,对机动能力进行初步评估,通过仿真计算获得表征航行体机动能力的临界回转角速度。     

圆柱体入水空泡壁面运动特性与空泡演化关系实验研究

为了获得入水空泡壁面的运动特性与空泡演化之间的关系,进而对入水空泡演化过程开展定量划分研究。采用高速摄像的方法对低弗劳德数条件下的圆柱体入水开展实验研究。通过对比具有水平速度的圆柱体以不同倾角入水空泡,分析了入水空泡壁面运动特性与空泡演化过程的关系,并基于空泡壁面运动特性划分空泡演化各阶段,分析了空泡演化在各阶段的流动机理。实验研究结果表明:空泡壁面的运动特性与空泡演化过程紧密关联,根据空泡壁面位移和运动速度变化规律可定量划分空泡演化阶段。空泡的闭合形式对于具有水平速度的圆柱体入水所形成的空泡的演化过程有显著影响,若空泡发生表面闭合,则空泡演化包含了空泡敞开、空泡体积膨胀、空泡拉长以及溃灭后四个阶段,无量纲分界时间分别为T=2.8、T=5.4和T=6.9;若空泡发生深闭合,则其演化过程仅包含空泡敞开、空泡闭合以及空泡溃灭三个阶段,并以时间T=2.8和T=8.4为分界。根据空泡壁面的运动特性划分空泡演化各阶段的时间特性非常明确且没有相互重叠。     

轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化影响试验研究

为分析圆柱体并联入水过程中入水空泡间相互干扰对于空泡演化特性影响规律,采用基于高速摄像的方法,开展两圆柱体同步并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了圆柱体同步并联入水空泡演化特性与单独入水空泡演化特性的差异,揭示了同步并联入水双空泡演化机理,并进一步给出了入水空泡随轴线间距的变化特性。试验结果表明:并联入水过程中,双空泡形态在空间上呈现出了较好的镜面对称特征;对于深闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距的增大,空泡在两圆柱体轴线内侧区域的发展程度逐渐提升,且水深较浅处的发展程度提升幅度大于较深处;对于表面闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距增大,内测区域空泡逐渐趋于饱满,云化现象也逐渐减弱。     

自然超空泡形态特性的射弹试验研究

利用高速射弹试验对自然超空泡的形态特性和发展规律进行了深入研究。试验采用了不同尺寸的试验弹,射弹最大速度可达70m/s,最小空化数可达0.04。获得了水下航行体的自然超空泡形态参数随空化数变化的规律,并与相关文献中使用的经验公式进行了对比,在小空化数下一致性较好。研究结果表明,高速射弹试验是研究自然超空泡形态特性的一种有效手段,能够捕捉到大量超空泡水动力学现象,证实了自然超空泡的直径和长度都随空化数的增大而减小,且呈指数规律。     

无载波探地雷达高速取样头的研究

本文根据我们研究所开发的探地雷达系统要求,从理论上分析了取样噪声的来源、降低取样噪声的方法及途径,并设计了发射天线所需要的高速脉冲源(脉宽为纳秒数量级、幅度从十几代到300V的双极性对称高速脉冲)和从接收天线获取地下目标反射的毫伏数量级微弱信号的高速取样头以及收发双工开关。实验证明我们研制的取样头性能良好,它可以用在无载波探地雷达系统中作为信号采集器。     

定常气动载荷作用下高速铁路车辆的蛇行运动稳定性

随着高速列车运行速度的提高,气动载荷会对车辆蛇行运动稳定性带来不利影响,现有文献对此研究很少。为此,考虑沿列车反向运动高速气流以及侧风的作用,研究了定常气动载荷下高速铁路车辆横向运动的线性稳定性。分析中计入了气动载荷改变轴重、使各轮法向支反力各不相同;以及使重力刚度、重力角刚度、轮对蠕滑系数等发生变化的效应。给出了计及气动影响的17个自由度铁路车辆蛇行运动分析模型,编制了相应的计算程序并进行了算例验证。进而,计算了在不同风速条件下,各个方向定常气动力和气动力矩单独以及共同作用时车辆运动稳定性特征值,并求出临界速度。结果表明：气动载荷会降低车辆临界速度;临界速度随横风风速增加而单调降低;与其他方向气动载荷相比,点头力矩和升力对临界速度的影响更大。     

附着型空穴断裂及脱落机制的实验研究

为深入研究附着型空穴断裂及空泡脱落机理,该文采用实验方法对收缩-扩张流道内的云状空化流动现象进行了研究。实验在空化水洞中进行,采用同步测量技术,通过高速摄像机和压力传感器同步获取了云状空化阶段的附着型空穴形态和壁面压力。研究结果表明,附着型空穴断裂及空泡脱落存在两种不同的机制：回射流机制和间断面推进机制。其中,回射流于附着型空穴尾部形成,紧贴壁面并持续向前推进,其厚度远小于附着型空穴厚度,在回射流向上游推进过程中,其覆盖区域壁面压力波动较小,当回射流运动到附着型空穴前缘,\     

绕三维水翼非定常空化流动结构的数值与实验研究

为了说明非定常空化的流动机理,该文采用数值与实验相结合的方法对绕三维水翼片状和云状空化流动结构进行了研究.实验在高速水洞中进行,采用高速录像技术观测了片状和云状空化阶段的空穴形态.数值计算基于均相流模型,汽液混合区域密度由质量传输方程调节.利用商业软件二次开发技术引入准确描述空化流场非定常特性的FBM 湍流模型,进行绕三维水翼的数值模拟,获得了随时间变化的空穴形态、压力和速度分布等流场结构.与实验结果对比发现,数值计算结果与实验基本一致.在片状空化阶段,空穴稳定地附着在水翼表面,只有空穴尾部不断的有小空泡团沿着翼弦方向脱落.在云状空化阶段,清楚得描述了空穴的产生-发展-脱落-溃灭的准周期性变化,并准确地捕捉到空泡脱落时,附着在翼型前端的U 型空穴和翼展方向不同强度的反向射流,脱落的空泡由翼型中前部旋涡状脱落.     

有压管道水击波动过程及优化控制的解析研究

为了实现阀调节对有压管道水击过程的精确控制,获得水击波动过程的解析解很有意义。该文在详细分析水击基本微分方程组及初边值条件的基础上,将波动方程在有限区间内的行波解应用于线性水击波动问题中。通过给定阀门处速度变化规律,引入曲线积分与路径无关条件,得到了阀门关闭过程中管道内无因次水击压强的精确解析解。应用Ritz法求解泛函极值,得到了使管道阀门处峰值压强为最小值时所对应的速度变化及相应的关阀规律。以此构建程序控制,就可最大限度地削减水击压强,以求通过阀门来实施对水击过程的主动控制。     

圆球倾斜入水冲击压力特征的实验研究

本文通过相关的理论和试验对比研究了圆球倾斜入水冲击压力的性质,解释了冲击压力的振荡现象。试验以一个直径15.24cm的圆球为对象,设计了控制球体倾斜入水的“单摆”装置,同步记录了圆球入水初期的流场状态和表面压力。采用Faltinsen的近似公式对比了入水初期压力载荷的变化,用理想不可压流体中气泡的非线性振动方程解释了冲击压力下降阶段出现的振荡性质。理论和试验对比表明：圆球的倾斜入水与垂直入水相比,迎撞面压力峰值大,下降迅速;背撞面压力峰值显著减小,压力下降平稳缓慢;所用的近似公式在量级上可以估算冲击的设计载荷,Rayleigh方程可用来有效解释含气泡冲击的压力振荡性质。     

吸水性树脂吸水性及保水性的研究

研究了吸水性树脂ＢＨＨ－Ａ在不同条件下的吸水性和保水性能。在电解质水溶液中吸水能力下降，在非电解质水溶液中吸水能力不受影响；ＰＨ值在４－１０水溶液中吸水能力不受影响。在室温及６０℃环境中，所吸收水的蒸发，扩散是极其缓慢的。     

行波效应对深水连续刚构桥地震响应的影响

跨海或库区的大跨度桥梁在地震作用下不仅需要考虑水体与桥墩的动力相互作用,同时由于各桥墩间跨度较大应考虑地震输入的行波效应。该文采用辐射波浪理论求解桥墩地震动水压力,建立了考虑地震动输入空间效应的深水桥梁地震响应分析方法,并考虑行波效应对深水连续刚构桥进行地震响应分析。研究表明：动水压力增大了桥梁结构的地震响应,其影响程度随着输入地震波和墩梁约束条件的不同而有所差异;考虑行波效应时地震动水压力对桥梁结构动力响应的影响较一致激励而言有所差别,同时地震动水压力对桥梁地震响应的影响随着视波速的不同而变化。由此得出结论,为合理评价地震动水压力对深水长大桥梁动力响应的影响应考虑地震动输入的行波效应。