Hydrodynamics Research on Amphibious Vehicle Systems： Modeling Theory

For completing the hydrodynamics software development and the engineering application research on the amphibious vehicle systems, hydrodynamic modeling theory of the amphibious vehicle systems is elaborated, which includes to build up the dynamic system model of amphibious vehicle motion on water, gun tracking-aiming-firing, bullet hit and armored check-target, gunner operating control, and the simulation computed model of time domain for random sea wave.     

防浪板对排水型两栖车辆水动力学的影响研究

防浪板是影响两栖车辆整车水上性能重要部件之一,为了研究防浪板对排水型两栖车辆水动力学的影响,建立了排水型两栖车辆流体力学计算模型。针对防浪板的形状、大小以及与车体的相对位置变化进行整车航行动力学仿真,综合分析了防浪板对整车航行阻力、升力以及纵向俯仰力矩的影响,并与试验数据进行了对比。研究结果表明：在形状方面,分段平板式防浪板具有弧形与平板式各自优点,是较佳的工程结构;在宽度上,随着宽度增加,阻力和升力变化不大,纵向恢复力矩增加较多,超过一定宽度后阻力急剧增加;在与车体相对距离方面,随着距离的增加,航行阻力增加,升力下降,纵向恢复力矩增幅较大;在防浪板与车体底平面夹角上,随着角度的增加,整车阻力和升力变化不大,但纵向恢复力矩增加显著。     

双车厢两栖车静水直航下的水动力性能研究

近年来开发了双车厢的水陆两栖车以提高其运载能力。研究基于某型号双车厢水陆两栖车的实尺度模型,采用计算流体力学方法和重叠网格技术建立多体运动的数值仿真模型,双车厢之间采用具有3自由度的球形铰接点进行连接。计算双车厢两栖车在静水中运动的水动力性能,分析前后车体的阻力、纵摇、垂荡运动性能以及球铰连接对车体的影响。研究结果表明：数值计算与拖曳水池试验的总阻力结果基本一致;基于可实现的k-ε湍流模型和多体重叠网格技术,可以很好地实现对双车厢两栖车水动力性能的数值预报;静水直航工况下两栖车的纵倾角度保持在1°以内,纵摇性能优良。     

矢量喷水推进两栖车航行姿态的数值及试验分析

为提高高速水陆两栖车的航行稳定性,降低两栖车遭遇波浪时的纵倾幅度,区别于多推进器构型策略,设计具备航向保持和姿态调整功能的单矢量喷水推进器系统应用于模型两栖车。基于多参考系的动参考系方法处理旋转流域,采用SST k-ω模型计算矢量喷水推进器的输出推力。结合CFD计算的推力结果,联合Vortex仿真计算装配有矢量喷水推进器的两栖车的航行特性。通过开展拖拽水池两栖车强制自航减摇试验和自由自航航向保持试验,验证矢量喷水推进器的功能。仿真和试验结果表明：矢量喷水推进器在一定程度上抑制两栖车在航行时遭遇纵波时的纵摇幅度,两次减摇试验车体纵倾角标准差分别降低38%、23%;同时矢量喷水推进器可使两栖车在水上航行时保持航向稳定,航向保持试验中车体横向位移小于0.6 m。     

纵倾角对轻型轮式两栖车辆的阻力特性影响研究

提高两栖车辆航速的有效途径之一是减小整车阻力,为了研究纵倾角对阻力特性的影响,采用数值计算的方法研究了轻型轮式高速两栖车辆水上航行的阻力特性,数值计算结果和试验取得了较好的一致。研究结果表明：当车体纵倾角较小时,随着航速的增加,阻力逐渐增大;当车体纵倾角较大时,随着航速的增加,阻力先增大后趋于稳定;当航速较小时,纵倾角对阻力影响较小;当航速较大时,随着纵倾角的增大,阻力先减小后增大;随着航速的增加,车体纵倾角的适航范围变小,但对阻力的影响幅度变大。     

水陆两栖车矢量喷口装置设计与仿真

为提高水陆两栖车水上航行时的操纵性与稳定性,提出一种新型矢量喷口装置.喷口装置有俯仰与旋转两个运动自由度,可以控制喷水推进器喷射水流的方向,生成方向可控的三维矢量推力.根据水陆两栖车喷水推进理论,完成满足某型轮式两栖车航行动力需求与平台约束的喷水泵基本参数设计.依据计算的水泵出口直径完成与喷水泵一体化的矢量喷口结构与控...     

两栖车辆实时控制水陆性能虚拟试验系统开发

两栖车辆有水上、陆上、水陆过渡3种工况。目前对两栖车辆的仿真计算主要有两种：一是利用多体动力学软件平台进行陆上仿真;二是利用计算流体力学软件进行水上性能仿真。都是针对单一工况进行仿真。为了解决多种工况下的动力学计算问题,采用粒子流场与刚体碰撞耦合的理论,结合传统多体动力学计算方法,建立了实时控制的两栖车辆全工况的动力学仿真系统。在此基础上实现了对多项水陆性能的虚拟试验,并以某高速履带两栖车辆为实例进行了验证。两栖车辆有水上、陆上、水陆过渡3种工况。目前对两栖车辆的仿真计算主要有两种：一是利用多体动力学软件平台进行陆上仿真;二是利用计算流体力学软件进行水上性能仿真。都是针对单一工况进行仿真。为了解决多种工况下的动力学计算问题,采用粒子流场与刚体碰撞耦合的理论,结合传统多体动力学计算方法,建立了实时控制的两栖车辆全工况的动力学仿真系统。在此基础上实现了对多项水陆性能的虚拟试验,并以某高速履带两栖车辆为实例进行了验证。验证结果表明：与试验数据对比,该仿真方法的计算误差小于15%,具有一定的准确度。     

高速两栖车辆水上航行阻力特性数值分析

采用数值计算方法研究了高速两栖车辆水上航行的阻力特性,得到了其粘性绕流场分布.数值计算结果和实验取得了较好的一致.结果表明,所采用车型适用于高航速状态,随着Fr数的增加,车体从排水型逐渐过渡到滑水型,阻力呈现先增大后减小的趋势.在Fr=1.65时,出现阻力峰值.在高速段,随着航行速度的增加,车体阻力降低,速度逐渐减小.     

尾翼板对轮式两栖车辆航行阻力特性影响的研究

针对某轮式两栖车辆,采用k-ω湍流模型和Level Set多相流处理方法对两栖车体绕流场进行数值模拟.通过与试验结果的对比,验证了数值方法的可行性,并对比了基础车型与加装尾翼板和防浪板的车型在不同工况下的航行阻力特性.研究结果表明：对于轮式两栖车辆,尾翼板减阻与Fr密切相关.当Fr＜2.087时,加装尾翼板能够起到较好的减阻效果;当Fr＞2.087时,加装尾翼板反而起到增阻作用,此时需收起尾翼板.     

基于CFD的两栖车辆水动力导数的计算方法

通过采用标准k-ω模型,结合动网格技术,使用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术模拟两栖车辆的PMM(Planar Motion Mechanism)实验,拓展了针对两栖车辆的水动力导数的数值计算方法.研究中,对比直航试验以验证计算的有效性,并分析提取数值数据,实现了水动力导数的求取.将计算所得水动力导数与船舶经验公式值对比,分析了两栖车辆与船舶的差异对水动力导数造成的影响.