水下航行体出水空泡溃灭理论与计算

针对水下航行体出水空泡溃灭问题,采用细长体理论对其进行计算分析.在2维轴对称圆形空泡溃灭模型的基础上,建立有厚度水层中的拟3维空泡溃灭水动力学模型,并对水下航行体出水空泡溃灭过程进行计算分析.结果表明:空泡演化过程及空泡溃灭速度的计算结果与试验结果具有较好的一致性,可为航行体水下发射的水动力特性分析提供参考.     

波浪相位对航行体出水过程水动力特性的影响

为了探索波浪与空泡共同作用对潜射航行体出水过程力学特性的影响规律,采用数值方法对不同波浪相位出水条件下航行体水动力与近水面空泡几何特性发展的物理机制进行了研究,获得了相关的流场数据。研究结果表明：出水波浪相位的差异导致近水面流体质点剪切运动的强弱与方向是导致航行体肩空泡空间不对称结构的一个重要因素;出水过程肩部空泡的不对称分布构筑了航行体迎背水面力学载荷的显著差异,从而导致实际发射过程航行体出水姿态的变化,并影响打击目标的精度。     

潜射火箭出水过程横向响应载荷研究

从分析潜射火箭出水过程空泡溃灭对火箭形成的载荷特征出发,结合潜射火箭出水过程中的频率特性变化现象,运用改进的弹性载荷计算方法,对潜射火箭出水过程的横向响应载荷进行了研究,为类似问题提供了一种载荷计算的工程方法,具有一定的工程实用价值.     

水下超空泡航行体减阻能力的数值研究

采用计算流体力学的方法研究了超空泡水下航行体在高速发射以后的运动规律.采用动态网格,实现了全数值模拟超空泡航行体在水中的运动过程及空泡的生成规律.比较了航行体周围是否产生空泡与航行体是否有推力4种情况,计算结果表明超空泡具有非常好的水下减阻能力.利用超空泡技术可以在不大的推力下使水下航行体的航行速度提高3倍,超空泡航行体应采用火箭发动机动力装置.     

水下航行体通气空泡溃灭特性研究

通过水洞实验对水下通气航行体通气空泡进行实验研究,分析航行体通气空泡通气停止后空泡行为。为了研究通气空泡溃灭过程的脉动特性,通过高速摄像和动态测力系统测量航行体表面空泡演变过程和压力变化情况。实验结果表明：脱落空泡运动过程中,其形状变化可分为空泡凹陷、空泡断裂、空泡脱落和溃灭4个阶段。脱落空泡在近模型壁面发生溃灭时,通过表面压力传感器捕捉到空泡的溃灭压力。对空泡溃灭压力实验结果与基于空泡生长和溃灭理论的计算结果进行了对比,理论结果与实验结果具有较好的一致性。     

超空泡运动体通气加速阶段非定常过程研究

依据空泡不同闭合形式的气体泄漏规则和通气系统,建立了空泡内气体的平衡方程.给出用于计算运动体姿态的动力学方程,分析了局部空泡及超空泡航行状态的受力特性.综合考虑了空泡内气体平衡、空泡的发展及运动体姿态的耦合方程,给出通气加速阶段数值求解的方法.获得通气加速阶段通气量、助推推力、运动体姿态及航行弹道的关系.随着推力的增加,依靠推力加快加速过程的优势越来越不明显,且对通气系统的性能要求逐渐增加.     

跨介质航行体流体动力调控研究进展及新构想

流动控制是保证跨介质航行体以较低载荷和较小姿态安全出水的有效途径.已有水下航行体通气流动控制均为开环控制,多相流闭环控制研究尚属空白.分析了跨介质航行体空泡流体动力特性,系统总结了水下航行体流体动力调节技术及其控制策略,提出了一种以通气多相流控制为主、水动舵翼控制为辅、与航行体响应耦合的闭环控制新构想,并剖析了该闭环控制方法的难点与关键技术,为后续开展进一步研究提供了基本研究思路和技术路线.     

超空泡航行体的变结构控制器设计

超空泡航行体由于浮力缺失以及尾部滑行力的出现，使航行体具有了尾拍、结构振动和非线性等复杂的运动特征，给超空泡航行体的运动稳定控制设计造成了极大的困难。通过分析作用在超空泡航行体上的流体动力，推导出了超空泡下潜一俯仰面运动数学模型。依据对该模型开环时的系统特性分析，针对开环系统的不稳定性，设计了基于改进型指数趋近率的变结构控制器，并进行了数学仿真。仿真结果表明，该闭环系统响应快速，具有良好的稳定性能。     

海洋环境扰动对水下航行体超空泡形态的影响

基于空泡截面独立扩展原理,编写自然超空泡形态时变特性计算软件.5级海况波浪扰动下,超空泡长度变化不超过5%,最大截面半径变化不超过2%;随着航行深度的增加,超空泡尺寸逐渐减小;当遇到较大压力脉冲时,超空泡从中前部溃灭,空化器附近仍保留部分空泡;波浪对水下航行体超空泡流动的影响较小;在变深度运动时,须注意超空泡尺寸变化幅度,避免航行体沾湿;爆炸冲击波对超空泡流动有较大破坏作用.     

水下航行体垂直发射尾部流场数值计算

采用Mixture多相流模型和动网格技术求解非定常RANS方程,对航行体水下垂直发射过程进行数值模拟,研究了尾部形状和尾空泡初始压力对航行体尾部流场、轴向速度等的影响.计算结果与试验结果吻合较好,结果表明尾部形状决定了航行体尾空泡的生成演化过程,进而影响航行体尾部压力和轴向运动速度;尾空泡初始压力越大,出筒后航行体轴向速度最大值越大,尾部压力振荡周期越长.     

推力和阻力作用下柔性自旋飞行器稳定性分析

针对柔性自旋飞行器动力学问题,开展了在推力和阻力作用下动力稳定性研究。柔性自旋飞行器简化为非均匀、自由-自由的Timoshenko回转梁模型,基于转子动力学理论和有限元方法,考虑陀螺效应,在瞬态坐标系下建立了推力和阻力作用柔性自旋飞行器的横向振动方程。在平均轴系和瞬态坐标系下分别从自旋转速、推力和阻力3个方面,分析了自旋飞行器动力稳定性和横向振动响应效应。研究结果表明：在瞬态坐标系下,阻力能够提高自旋飞行器稳定性,自旋转速不改变失稳区域;与之相反,在平均轴系下,阻力能够降低自旋飞行器稳定性,使临界推力和临界转速减小;自旋转速能够增大失稳区域,使静态失稳变为动态失稳;转动惯量和剪切效应能降低系统稳定性,相比于转动惯量,剪切效应影响更大,特别是对2阶频率影响。     

轴向运动简支梁振动响应分析

轴向运动系统广泛存在于诸如火炮发射系统、动力传送带、带锯、空中缆车索道等工程领域,理论上可将其抽象为轴向运动弦线和梁的力学模型,具有重要理论意义和工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了移动质量作用下轴向运动简支梁振动方程,利用Galerkin法对方程进行离散,采用Newmark-β法对方程进行数值求解。计算了移动质量对轴向运动梁动态响应的影响,结果表明：相比轴向运动梁的自由振动,移动质量的作用使轴向运动梁更多的模态被激起;移动质量速度越小,频域成分越丰富;在移动质量作用前半阶段,梁的振动频率较低,在后半阶段振动频率较高。     

特种车辆振动半主动控制策略

针对提高特种车辆行驶舒适性对减小由路面引起的特种车辆振动的急需,建立特种车辆天棚阻尼半主动控制策略.基于多体系统传递矩阵法,分别建立1/2特种车辆被动控制和半主动控制悬架系统动力学模型;采用天棚阻尼控制策略建立基于簧载质量速度的半主动悬架负反馈控制方法,分别在频域与时域内进行响应特性分析,并与振动被动控制方法进行计算比较.结果表明:该方法可有效改善特种车辆振动情况,对特种车辆车体质心加速度、动行程和车轮质心动行程的振动控制十分有效.     

车辆振动响应的测量和分析

利用无线遥测的方法测量了车辆行驶条件下车轮的振动响应。对车轮振动响应进行了平稳性、周期性和正态性俭验,给出了车轮振动加速度均方根值随车速的变化关系。文中还讨论了车轮振动加速度功率谱密度峰值的性质,由于履带节的作用使车轮产生与车速有关的窄带随机振动。     

一种再入飞行器质量指标分配的方法

将预估的再入飞行器总质量作为设计资源科学合理地分配给各分系统是再入飞行器总体设计的一项重要工作。采用基于模糊评判的正交多项式响应面方法,以表征再入飞行器及各分系统质量指标设计水平的水平系数为变量,建立了再入飞行器质量分配的二次响应面模型,并阐述了模型的应用。     

水下拖曳绳索在随机脉动压力作用下的响应

水下拖曳绳索的不规则运动影响兵器诸多特性。由于绳索表面湍流边界层的随机压力作用, 绳索运动相当复杂。基于绳索的横向振动模型, 利用模态分析理论, 求得了2D随机压力作用下各阶振型上的广义力, 研究了绳索表面随机脉动压力谱, 给出了水下拖曳绳索横向随机振动响应的互谱密度函数以及随机振动响应所产生的运动感应电磁噪声。其结果对于水下通信及水中兵器具有重要的应用价值。     

牵引火炮行军随机振动响应研究

对牵引火炮列车行军状态下的系统随机振动进行了研究，建立了15自由度振动动力学数学模型，运用随机振动和车辆动力学的有关理论，研究了它的振动特性，以路面不平度为激励，导出了牵引火炮列车位移响应谱、加速度响应谱和加速度均方根值计算公式，编制了相应的计算程序，结合计算实例提出了改善其平顺性的措施。     

能量回馈式主动悬挂系统研究

提出了一类新的主动悬挂系统——能量回馈式主动悬挂系统,其特点是在对车辆进行减振的同时,将车辆的振动能量吸收,转化为电能贮存起来,并可将存贮的能量用于执行器产生主动控制作用力,克服了主动悬挂耗能大的缺点.以四分之一车模型为例,首先阐述了能量回馈式主动悬挂的基本结构和原理,然后用自校正控制方法进行了仿真,仿真结果表明系统在实现主动减振的同时还能反馈能量.     

含惯容器的剪式座椅悬架动态特性研究

为改善重型商用车辆剪式座椅的减振性能以提高驾驶员的乘坐舒适性,设计由惯容器（Inerter）、弹簧和阻尼器组成的剪式座椅ISD（Inerter—Spring—Damper）悬架,分析液压缸马达液力式惯容器的结构组成、工作原理和减振特性．针对某三轴式重型运输车建立了含ISD剪式座椅的9自由度半车模型,基于MATLAB分别在时域和频域内对ISD剪式座椅和传统剪式座椅的振动响应进行了仿真分析．结果表明：ISD剪式座椅的时域振动响应明显小于传统剪式座椅,减小的幅度随车速提高而下降,体现了惯容器“通高频,阻低频”的减振特性;在人体敏感的频率范围,ISD座椅的频域振动响应明显小于传统剪式座椅,说明ISD座椅可以提高驾驶员的乘坐舒适性．     

基于有限元法的运载火箭管路随机振动疲劳寿命分析

采用有限元法,基于ABAQUS和nCode开展了火箭增压输送管路随机振动疲劳寿命仿真研究,建立了典型输送管路的有限元分析模型,计算得到了管路结构的频响特性,在此基础上基于频域随机振动疲劳寿命分析方法,计算了输送管路在随机振动条件下的疲劳寿命。研究结果表明,该分析方法可用于指导运载火箭的增压输送系统管路疲劳耐久性的设计和分析,具有一定的工程应用价值。