不同头型回转体低速垂直入水砰击特性试验

对流线型和平头型低速回转体不同初速度下垂直入水空泡特性进行试验,用高速摄像机拍摄入水过程。讨论初速度和头型对回转体入水空泡形态和运动特性的影响。结果表明:随着入水速度的增加,空泡的闭合长度增加;尾部空泡溃灭速度加快,尾部闭合射流加剧,从而导致产生的喷溅圆冠气泡增大,溃灭产生的反射水柱高度及宽度也增大;回转体达到匀速运动时的速度和空泡闭合所需时间增大;流线型头部回转体产生的空泡较小;空泡的溃灭时间小;流线型头部回转体达到匀速运动时的速度明显比平头回转体大,但是达到匀速运动时的时间更长。     

孔状通气条件下潜射航行体流体动力特性研究

基于均质平衡流理论,通过求解混合介质的RANS方程、SST湍流输运方程和各相之间的质量输运方程,开展了孔状通气条件下气—水—汽三相潜射航行体流体动力特性的三维数值模拟研究,对比分析了不同通气孔数量条件下空泡形态、航行体周向压力分布以及阻力变化情况。结果表明：随着通气孔数量的增加,单个孔形成的空泡尺度减小,空泡整体形态由离散分布逐渐融为一体;迎流面最大压力随通气孔数量增加基本呈减小趋势变化,表面压力沿牵连速度方向分布存在波动现象,并且具有一定的周期性;总阻力系数随通气孔数量增加而减小,通过增加通气孔数量有利于改善航行体的流体动力。     

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。     

尾翼对高速射弹的空化与阻力特性影响分析

为研究尾翼对高速射弹水下运动时流体动力特性的影响,基于简化Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型,通过求解汽水混合物的RANS方程和相间质量传输方程,建立了具有相同弹体尺寸的有尾翼和无尾翼的两种平头射弹水下高速运动多相流计算模型.在相同的初始速度下,计算并对比分析两种射弹水下高速非定常运动的空泡形态及阻力特性.计算结果表明:两种射弹模型在水下高速运动时,均能迅速形成稳定的自然超空泡,有尾翼射弹的尾翼刺入空泡壁面内,破坏空泡原有的对称圆截面,形成带有凸起的空泡壁面形态;有尾翼射弹阻力系数大于无尾翼射弹阻力系数,且有尾翼射弹的阻力系数对空化数的变化更为敏感,随着空化数的增加,有尾翼射弹的阻力系数急剧增大,尾翼改变了弹体尾部超空泡的溃灭形态,空泡溃灭于弹体尾部时均引起阻力系数的波动;有尾翼射弹的空泡量纲一的长度、直径均大于无尾翼射弹的空泡量纲一的长度、直径,且在空泡溃灭于弹体尾部时,受尾翼的影响,两种射弹的空泡量纲一的长度、直径的变化速率有所差异.     

液氢和液氮绕水翼空化流动特性分析

为分析液氢和液氮两种低温流体介质的空化特性,通过对CFX软件二次开发,将Schnerr-Sauer空化模型和液氮、液氢随温度变化的物性参数嵌入到CFX求解代码中,同时耦合求解考虑汽化潜热影响的能量方程,从而在考虑热力学效应条件下,开展了液氢和液氮绕水翼空化流动的三维数值模拟研究,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了数值方法的有效性.计算结果表明,热力学效应对液氢空化区域压力和温度参数变化影响更显著,在液氮空化核心区域内液相体积分数比液氢中的更小,在空泡尾部闭合区域从汽相向液相转化迅速.汽-液两相间质量传输特性可作为评估空化区域内温度、压力以及相体积分数分布的有效依据.     

初始扰动对射弹尾拍运动及弹道特性影响分析

为研究射弹的初始扰动对射弹的尾拍运动、超空泡形态及弹道特性的影响,基于计算流体动力学程序CFX,通过二次开发使用CEL语言将刚体动力学方程嵌入计算模块并实现刚体动力学方程与流体(unsteady reynolds averaged navier-stokes,URANS)方程的耦合求解,建立了超空泡射弹在不同初始扰动下自由减速运动的计算流体动力学模型.在相同的初始速度下,计算并对比分析射弹在不同初始扰动下的空泡形态特征、弹尾压力分布特征及弹道特性.计算结果表明:射弹发生尾拍运动时弹体尾部与空泡壁面发生碰撞,这种碰撞破坏了空泡形态的对称性;初始扰动对射弹的水平速度与位移影响较小,但对垂直位移影响较大;初始扰动越大,射弹的俯仰角、角速度和角加速度的振幅越大且频率越高.     

基于点基局部光滑点插值法的结构动力分析

针对传统有限元法采用线性三角形单元刚度过硬、计算的固有频率值较大,四边形单元对复杂构件不能自动剖分,点基光滑点插值法刚度过软、会导致计算动力问题失败以及求解固有频率值过低的问题,提出了点基局部光滑点插值法(NPS-PIM)。该方法将有限元与点基光滑点插值法结合,对背景网格基础上形成的点基光滑域剖分、进行局部应变光滑,计算结构的动力问题。研究发现,该方法克服了点基光滑点插值法的时间不稳定性和求解固有频率值过低的缺陷;在采用同样线性三角形单元网格对问题域进行离散的情况下,计算得到的固有频率较传统有限元法有明显提高。该方法简便实用、易于实现,具有较好的工程应用前景。