基于负压梯度翼型栅格翼设计与水中数值分析

为改善栅格翼的水动力性能,基于流动不分离理论设计了负压梯度翼型,并将其运用于栅格翼的设计; 数值模拟研究了该翼型与NACA0015翼型在一定的空化数和攻角条件下的升阻及压力分布特性; 探究了3种叶片间距的负压梯度翼型栅格翼在不同攻角下的升阻、压力及空泡几何形状。结果表明,含攻角时,该翼型对应的临界空化数要比NACA0015的小,但二者升阻系数基本一致; 小攻角情况下,栅格翼叶片数量增加时升力会趋于一常值,但阻力会不断增加; 大攻角情况下,叶片数量的增加会导致升力和阻力均明显增加。对于同一叶片间距的栅格翼,攻角越大,栅格翼叶片由上至下空泡的长度和厚度减小的速率越大。对于不同叶片间距的栅格翼,叶片数量越大,各个叶片的压力干扰越剧烈,压差阻力越大,导致升阻比降低。同时,剧烈的压力干扰会导致栅格翼的空泡长度增加。因此,在满足水动力特性要求时,基于该文翼型设计负压梯度翼型栅格翼应尽量减少叶片数量。     

轴对称超空泡流振动频率特性

针对复杂超空泡系统微分方程求解困难的问题,提出了一种研究超空泡稳定性的方法,根据 Logvinovich 截面独立扩张原理,建立了空泡非定常流动模型,再由气体状态方程,将空泡内气体的体积与空泡内气体的压力建立函数关系,经过理论推导,得出空泡内压力的微振方程。通过对压力微振方程的求解,得到超空泡流的振动频率特性。结果表明,空泡的稳定性与动力学相似参数有关,当把该动力学相似参数控制在一定范围内时,空泡在运动过程中是稳定的,否则空泡的稳定状态就会被打破,使空泡破灭。该方法有助于更好地掌握超空泡技术,为工程实践提供理论支撑。     

初始扰动下水下超高速运动体弹道数值模拟

本文建立了铅垂平面内水下超高速运动体动力学方程,采用Logvinovich的空泡截面独立扩张原理,给出空泡截面表达式.对运动体的受力特性进行了分析,引进了较精确的滑行升力计算方法.建立了发动机推力偏心以及装配工艺误差对运动体弹道扰动的数学模型.编制了有初始扰动的弹道仿真程序,对一个模型弹进行了各种初始扰动下的仿真计算.得出了初始扰动对运动体弹道特性的影响曲线.     

基于混合扩展卡尔曼滤波的超空泡航行体变深运动控制研究

为解决测量和环境噪声导致的超空泡航行体在变深运动中的失稳问题,提出一种基于混合扩展卡尔曼滤波算法的控制方法。进行水洞实验获取超空泡航行体模型在控制过程中的测量和环境噪声,采用这些数据改进了超空泡航行体的纵向运动数学模型;基于混合扩展卡尔曼滤波算法改进了超空泡航行体变深运动控制器。仿真结果表明,混合扩展卡尔曼滤波算法能够有效地提高超空泡航行体变深运动的稳定性。     

喷气协助航行体入水空泡流动特性实验研究

为研究向前喷气协助航行体入水通气空泡多相流动特性,开展了喷气协助航行体入水实验。分析了入水过程中射流穿透水面开口空泡的形成及发展,探讨了不同喷气量、入水角度对空泡形态、射流长度等的影响。实验结果表明:在开口空泡形成过程中,自由液面存在不同区域(扰动区、过渡区及空泡形成区)的转变,这些区域的形成与航行体位置有关; 在航行体穿越气液界面之后,射流形成的空泡壁面由于黏性剪切流动存在显著的K-H失稳,且小喷气系数下存在空泡湮灭现象。在穿透液面过程中,空泡直径和射流长度均呈减小趋势; 开口空泡深度、空泡直径和射流长度随喷气系数呈线性增长,但受入水角度的影响有限。     

运动体高速入水非定常过程研究

依据气体泄漏规则建立起空泡深水闭介后空泡内气体平衡方程.将空泡内压力作为时间函数,采用Logvinovich的空泡截面独立扩张原理分析空泡的发展.给出运动体姿态计算的动力学方程,分析运动体入水及带空泡航行的受力特性.综合考虑窄泡内气体平衡,空泡截面扩展及运动体姿态的祸合方程,给出数值求解运动体带空泡高速入水非定常过程的...     

超空泡运动体水平面运动弹道特性研究

为了研究超空泡运动体水平面运动特性,将六自由度运动解耦,建立了有倾斜无侧滑的运动方程。考虑重力稳定方案情况下,分析了超空泡运动体的受力特性。提出两种水平面机动控制力产生方案,一是两自由度空化器方案;二是倾斜转弯方案。研究表明,采取重力稳定方案时,能保证运动体姿态及水平面弹道在扰动下不发散且以较小的幅值周期振荡。两自由度空化器的机动控制力产生效率高于倾斜转弯方案的效率。     

超空泡运动体结构的随机动刚度特性分析

采用半解析有限元法建立了振动方程,并对其进行解耦和傅里叶变换,得到了确定性动刚度表达式;考虑结构参数随机性,将泰勒展开法和随机因子法相结合,推导了动刚度的随机性表达式,并讨论了各种随机因素对动刚度均值和变异系数的影响。计算表明:弹性模量随机因子的标准差对动刚度随机性的影响最突出;其他随机因素不变,弹性模量随机因子的标准差增大1 倍时, 3 个极小值点的动刚度均值减小比例均为46. 7%,2 个极大值点的动刚度均值减小的比例依次为 27. 4%、3. 6%;结构参数的变异性为弱变异时,极值点的动刚度的变异性则表现为中等变异,甚至强变异。     

超空泡射弹动力稳定性的非概率可靠性分析

超空泡射弹水下高速运动时,前端所受轴向扰动载荷非常大。考虑到扰动载荷的不确定性,有必要对超空泡射弹进行动力稳定性的可靠性分析。建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程,并将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算,给出射弹结构动力稳定性的安全余量方程。分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响,在此基础上进行了结构的非概率可靠性分析,得到了结构的非概率可靠度,通过算例说明该方法的有效性。超空泡射弹水下高速运动时,前端所受轴向扰动载荷非常大。考虑到扰动载荷的不确定性,有必要对超空泡射弹进行动力稳定性的可靠性分析。建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程,并将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算,给出射弹结构动力稳定性的安全余量方程。分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响,在此基础上进行了结构的非概率可靠性分析,得到了结构的非概率可靠度,通过算例说明该方法的有效性。