两栖武器水上射击运动位移规律仿真计算

针对两栖武器水上射击过程中后坐动作对车体水上姿态及命中概率的影响,建立了两栖轮式自行火炮静水中射击过程动力学模型.在Solidworks二次开发的基础上,获取了两栖武器水上性能参数.利用Matlab对水上射击运动方程进行解算,获得了3种工况条件下两栖武器水上位移特性数值结果.通过与模型冲击载荷试验结果对比分析,得到了两栖武器水上射击位移规律.     

基于流体体积的两栖车辆阻力并行数值计算

为了在概念设计阶段评价两栖车辆的水上性能，研究了采用流体体积函数（VOF）多相流模型对两栖车辆进行模拟计算的可行性，提出了使网格单元体积变化均匀的混合网格划分方法，比较了并行计算环境下的不同网格分割方法，给出了计算结果收敛的评价指标，并分别采用稳态静网格、瞬态静网格和瞬态动网格三种模型对轮式两栖车辆的阻力进行了计算.结果表明，模拟和试验的误差可控制在10％内，在当前技术条件下瞬态静网格模拟方法是比较可靠的两栖车辆阻力计算方法.     

两栖车辆阻力水气两相流三维数值模拟

为了得到两栖车辆水中航行的阻力,建立了两栖车辆水上行驶的物理模型,并采用混合网格对整个流场进行离散.利用流体体积函数(VOF)多相流模型、k-ε两方程湍流模型,对两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟.通过对比试验可知:仿真能很好地模拟阻力值和水气两相流的情况.仿真结果中能反映出水流绕流的情况,为以后进行两栖车辆的流场分析提供了有效的工具.通过分析水流和阻力的情况,为研究两栖车辆的减阻提速提供了思路.     

基于FLUENT的轮式两栖车辆航行阻力数值模拟

针对轮式两栖车辆水上航行快速性问题,基于FLUENT平台并利用k-ε湍流模型和VOF两相流模型对两栖车辆绕流场进行了数值模拟,得到了轮式两栖车辆航行阻力的变化规律.通过与拖模试验结果对比分析,二者结果基本吻合,论证了数值模拟方法的正确性,符合排水型两栖车辆的阻力规律,为轮式两栖车辆的结构优化及减阻增速研究提供了参考依据.     

轮式两栖车辆静稳性的分析方法

针对两栖轮式车辆静水稳性中的浮态问题,建立了两栖轮式车辆的浮态计算模型,利用VB语言程序对Solidworks建模软件进行二次开发,实现了两栖轮式车辆水上静浮时浮态的数值计算,得到其静稳性参数,对该车辆模型静水试验验证的结果表明,该计算方法能够提高两栖车辆浮态计算的准确性和快速性,可以为两栖车辆的整体结构设计及其他水上性能的计算提供依据.     

可控参量对水面仿生矢量推进器性能影响

针对两栖平台水陆差异式推进机构复杂、水上航速低的问题,首先,基于蛇怪蜥蜴脚掌运动学规律,研究矢量推进器的仿生机理,设计新型水面平台和两栖平台,样机试验达到了推进器气穴式推进以及平台10.6°攻角滑水航行的仿生效果.然后,结合ЦАГИ方法,开展了水面平台滑水航行动力学分析,进一步建立了平板旋转绕流模型,在单叶片力学特性和推进器合成分析的基础上,得到了驱动输出对应的最优轮轴高度以及航速与转速协同变化对驱动性能的影响,并进行了试验验证.结果表明:由单叶片三维驱动可推导推进器的周期性输出;轮轴从水面开始升高,托举力和转矩振幅先增大后减小,推力振幅单调递减,三维驱动输出峰值对应不同轮轴高度;推力和转矩整体随航速增加而减小,随转速增加而增大,托举力的变化趋势不同.     

基于FLUENT的实尺度两栖车辆航行阻力的数值模拟

为了评价两栖车辆的水上性能,采用目前广泛应用的计算流体力学软件FLUENT对某两栖车辆的航行阻力进行了数值模拟.基于流体力学的相关知识,结合k-ε模型,求解了Navier-Stokes方程,运用VOF法对自由液面进行了处理,并对计算对象进行了详细试验.通过大量的试算,选取了一个合适的湍流模式,并确定了湍流参数.将计算结果与模型试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性.     

轮泵复合式两栖驱动方法

将360°回旋喷管和二维矢量推进特性引入到喷水推进装置, 通过对现有两栖机器人的运动特性、两栖环境适应性的综合分析,将中空的驱动轮与轴流叶片进行复合,设计了一种轮泵复合式的两栖矢量喷水驱动装置. 根据动量定理与流道压力能损耗理论,求解了两栖喷水驱动装置的二维推力与电机转速的预估值. 基于能量守恒和粘滞阻力原理建立了驱动电机转矩的预估模型. 对两栖推进装置进行CFD仿真,得到了推进器内部流道的压力、速度等流动特性. 最后制作了轮泵复合式推进器,测试了推进器的推力性能,得到了特征尺寸为50 mm×100 mm×90 mm的推进器转速为2 800 r/min时推力大小为6.5 N,与仿真结果对比误差小于8%,验证了该构型在水下推进的有效性和二维矢量推力特性.     

两栖突击车油气悬挂装置研究

对两栖突击车油气悬挂装置的结构和性能进行了分析计算,采用带反压腔的油气悬挂装置,其非线性特性很好地满足两栖突击车陆上行驶平顺性要求,其负重轮可方便撤收,极大地减小水上行驶阻力,实现两栖突击车水上高速机动行驶的要求.     

开放边界的交通流元胞自动机模型

在BML模型的基础上，采用开放边界对交通流进行模拟分析，认为在车辆密度不大时，并未出现平均车速为零的阻塞相，车辆密度的增加虽会适当降低车速和增大车辆阻率，但可大幅度增加通过城市的车辆数，对提高道路的利用率是有利的。     

浑水水力分离清水装置进口及底孔对流场影响的数值模拟

为研究浑水水力分离清水装置的进口尺寸、进口流速和底孔孔径发生改变时对流速场的影响,采用重整化群k－ε模型对装置内的清水流场进行了3维数值模拟。模拟结果表明：流量不变的情况下进口尺寸的增加将会增加柱体区的切向流速和锥体区的径向流速,装置对进口流速的变化较为敏感,因此处理较大流量时应该优先考虑增加进口尺寸;底孔孔径的增加将会增加锥体区的切向及轴向流速,有利于装置中泥沙的排除,但同时将会导致清水溢出量减少。     

攻角对螺旋桨非定常特性的影响分析

为了分析入流速度攻角的连续变化对螺旋桨非定常特性的影响,应用滑移网格技术对螺旋桨运动进行了数值分析。结果表明:螺旋桨的时均拉力会随攻角的增大而增加;对于各单独叶片而言,向下运动时,随着攻角的增大,拉力会逐渐增加,向上运动时,拉力则会减小;在特定方位角时,随着攻角的增大,桨叶前端的轴向速度会略微增大,桨叶后端的轴向速度在小攻角时也会发生略微的变化,但在攻角较大时变化较明显;随着攻角的增大,桨叶所受到的周期性非定常载荷的波动会逐渐加剧。     

水下两相冲压喷射发动机性能的数值模拟研究

为了对水下两相冲压喷射发动机的性能进行理论研究,分别对扩张段、混合腔及喷管进行分析并建立了物理模型.基于双流体模型,采用变步长的Runge-Kutta法进行了喷管内泡状流计算.综合各部分计算结果求得发动机推力与推进效率.重点研究了混合腔与入口面积比(Am/Ai)、发动机入口面积(Ai)、通气量、航行速度及初始气泡半径对发动机推力及效率的影响.计算结果表明:发动机推力和效率均随着面积比Am/Ai的增大而增大;当Am/Ai保持不变时,推力和效率随入口面积Ai的增大而增大;推力随着通气量、航行速度的增大而增大,效率却随其增大而减小;气泡初始半径增大时,发动机推力及效率同时减小.这将为两相冲压喷射发动机设计提供一定依据.     

两种乘波前体/进气道一体化设计与性能研究

建立了由激波面推算波后流场的计算方法,设计了能够产生三道封闭圆锥激波的相交锥模型.以此为基础生成了具有三道封闭激波的乘波前体和具有一道封闭激波两道平面激波的乘波前体对比模型.分别对两种乘波前体与进气道一体化模型进行了全三维流场计算,研究了两模型在不同飞行状态下的气动性能.结果表明三道封闭激波乘波前体模型相比对比模型具有较大的气动性能优势.在进气道进口截面处边界层厚度几乎相等的情况下,流量系数提高了3.4%,总压恢复系数提高了8%,进气道进口截面流场不均匀度降低了8.8%.相比低于设计马赫数和负攻角,两模型在高于设计马赫数和正攻角有较大的封闭激波飞行范围.CFD计算结果表明,对于乘波前体设计马赫数应低于实际飞行马赫数,并且宜采用正攻角飞行.     

Numerical computation and analysis of unsteady viscous flow around autonomous underwater vehicle with propellers based on sliding mesh

The flexible transmission shaft and wheel propeller are combined as the kinetic source equipment, which realizes the multi-motion modes of the autonomous underwater vehicle (AUV) such as vectored thruster and wheeled movement. In order to study the interactional principle between the hull and the wheel propellers while the AUV navigating in water, the computational fluid dynamics (CFD) method is used to simulate numerically the unsteady viscous flow around AUV with propellers by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations, shear-stress transport (SST) k-w model and pressure with splitting of operators (PISO) algorithm based on sliding mesh. The hydrodynamic parameters of AUV with propellers such as resistance, pressure and velocity are got, which reflect well the real ambient flow field of AUV with propellers. Then, the semi-implicit method for pressure-linked equations (SIMPLE) algorithm is used to compute the steady viscous flow field of AUV hull and propellers, respectively. The computational results agree well with the experimental data, which shows that the numerical method has good accuracy in the prediction of hydrodynamic performance. The interaction between AUV hull and wheel propellers is predicted qualitatively and quantitatively by comparing the hydrodynamic parameters such as resistance, pressure and velocity with those from integral computation and partial computation of the viscous flow around AUV with propellers, which provides an effective reference to the study on noise and vibration of AUV hull and propellers in real environment. It also provides technical support for the design of new AUVs.     

螺旋桨空泡的数值分析

螺旋桨空泡会降低螺旋桨性能,产生空化剥蚀和噪声,从而导致船体振动.文章采用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨水动力性能和空泡的范围及厚度进行求解,分别用Morino提出的Kutta和等压Kutta条件对压力分布进行计算,讨论了两种Kutta条件对压力分布的影响.计算了空泡产生后的压力分布,验证了在空泡表面上的压力等于水的汽化压力.对空泡起始点对空泡形状的影响进行了研究,结果表明,空泡起始点对空泡范围有很大影响,空泡起始点离导边越远,空泡范围越小.     

舰艇水下腐蚀静电场计算及影响因素仿真分析

为了进一步分析影响舰船电场的不同因素,提高舰艇水下静电场仿真分析中电偶极子建模方法的准确性,研究产生舰艇水下腐蚀静电场的腐蚀电化学原理和特性,从腐蚀电流密度的角度推导船体-螺旋桨电偶腐蚀电流表达式,并利用镜像法求解出了空气海水二层模型下水平和垂直电偶极子电场解析式。建立基于舰艇腐蚀电流电偶极子的电场解析模型,在此基础上利用数值仿真对一中型舰艇水下50 m测线上的电场进行分析。结果表明:在设定变化范围内,船体腐蚀电位、螺旋桨腐蚀电位、船体浸水面积、螺旋桨浸水面积、海水温度、海水电导率对舰艇水下腐蚀静电场的影响程度分别约为29%、23%、53%、82%、30%和67%。仿真结果和电场解析模型可以为进一步研究舰艇水下腐蚀静电场特征及防护方法提供有力的理论支撑。     

山区航道机动船消滩水力指标的无因次表达及计算

消滩水力指标一般是指某船舶在额定载重、额定主机功率条件下能够自航上滩的最大航线流速和比降的组合,是判定船舶能否自航上滩的临界水流条件,是急滩整治效果分析的参照依据。分析现有确定急滩消滩水力指标的方法存在的缺陷,指出了现有综合消滩水力指标表达式存在的关键参数选择不合理、影响因子与主变量的关系不明确等不足。基于水流阻力与流速、坡降阻力与比降的基本关系,依据船舶推力与航行阻力平衡的基本原理,从克服现有消滩水力指标计算和表达等不足的角度出发,导出了无因次消滩水力指标的简要表达式和预估公式。应用澜沧江500 t级船舶静水航速实船试验成果,获得了螺旋桨实际转速与额定转速之比随进速系数的变化规律,计算消滩水力指标时,螺旋桨转速不宜取额定转速。分析结果表明,兹万科夫公式计算的水流阻力与船舶推力存在较为明显的偏差,并绘制了阻力修正系数随船舶佛汝德数的修正曲线,指明兹万科夫水流阻力计算公式需根据实船试验成果进行适当修正。分析计算了澜沧江多种机动船型的消滩水力指标,检验了无因次消滩水力指标简要表达式的合理性,采用无因次项的抛物线曲线描述消滩水力指标中流速、比降的关系甚为恰当。基于因次分析原理,通过澜沧江多种机动船消滩水力指标的数值回归分析,建立了无因次综合消滩水力指标与船舶基本参数无因次功载比、方形系数之间的关系式,明显提高了消滩水力指标的计算效率,可在缺乏船型详细资料的情况下预估消滩水力指标。     

船后吊舱推进器的水动力性能研究

为了分析船体形状对吊舱推进器的影响,研究了船后伴流中吊舱推进器的水动力性能.船后伴流用计算流体力学方法进行分析,吊舱推进器的水动力性能用面元法研究,吊舱和螺旋桨的相互影响用迭代方法求解,用蒙瑞诺解析公式计算螺旋桨和吊舱之间的诱导速度,结合船尾伴流的计算结果分析船尾伴流中吊舱推进器的水动力性能,并对船后不同位置吊舱推进器的水动力性能进行了比较.研究认为,船尾伴流会降低吊舱推进器的效率,吊舱推进器距离船体越远,效率越高.     

考虑侧斜及纵倾情况下的船舶螺旋桨最佳环量分布计算

为了获知纵倾及侧斜对螺旋桨最佳环量分布的影响,采用升力线旋涡模型进行了计算分析.把集中的附着涡放置在桨叶的中线即弦长中点处,以计及桨叶侧斜和纵倾的影响,如果桨叶没有侧斜和纵倾,则升力线仍为径向线,否则升力线为一空间曲线.通过对计算结果的对比分析得出:增加纵倾分布可以增大推力系数;侧斜分布对轴向诱导速度的影响与切向诱导速度的影响相反;随着侧斜角的增加,内半径区内的水动力螺距角呈现增大的趋势,而在外半径区的水动力螺距角则呈现减小的趋势.