超空泡航行体加速段控制设计

为研究超空泡航行体在加速阶段动力学建模及稳定控制设计问题,根据空泡截面独立膨胀原理研究了空泡形态及其轴线的偏移,并考虑了空泡记忆效应、重力、空化器定向效应及航行体攻角的影响.采用细长体理论计算了超空泡航行体各区域的流体动力,建立超空泡航行体加速段纵平面内运动数学模型,设计了基于输入输出精确线性化的深度跟踪控制器,并对此进行数学仿真.仿真结果表明:控制器跟踪效果良好;滑行力在极短时间内变为零,有利于提高航行体的稳定性及减小部分沾湿区的摩擦阻力.     

超空化航行体前部外径对空泡影响的研究

文章基于CFD技术和水洞试验,对超空化航行体通气装置外径尺寸对空化流场的影响进行了研究.数值计算结果表明:航行体的前部外径对航行体超空泡的生成和形态有重要影响,若Rw取值偏大将会使空化流场出现空化不连续现象,甚至改变超空泡的脱体边界.文中以数值计算结果为依据,建立了航行体超空泡可以正常生成的航行体前部外径最大临界值公式.同时设计了三个航行体头部模型在水洞实验室进行了实验研究,实验结果验证了所建立公式的正确性,文中结论为进一步研究人工通气超空化奠定了基础.     

超空泡航行体三相流动演化特性

为研究通气航行体的空泡三相流动演化特性,采用CFD仿真软件Fluent对超空泡航行体通气空泡替代自然空泡的复杂流动过程进行了三维数值模拟研究.本文基于RNG k-ε湍流模型和VOF多相流模型,建立通气超空泡航行体三相流动的数值计算模型,并进行收敛性验证,并通过相关实验与模拟结果进行对比验证本数值方法的有效性;数值模拟了...     

水下射弹超空泡可视化研究

针对水下高速射弹超空泡模型的特点进行了分析与研究,采用椭圆拟合原理构建了简化的空泡模型,利用OpenGL编程技术完成了实时数据驱动的超空泡模型,并创建了相关三维实体模型,在Vega Prime仿真环境下创建了水下环境,实现了水下超高速射弹道空泡可视化仿真系统.在实际数据的驱动下,该视景仿真系统有效再现了射弹超空泡生灭的过程.     

超空泡航行体前部线型对空泡生成速度影响实验研究

基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法,设计了3种具有不同前部线型的航行体模型。并针对所设计的3种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞进行了超空泡生成速度的实验研究。结果表明:①航行体前部线型对超空泡生成速度的影响程度与航行体的轴向压力分布和斜率分布有关,模型表面的压力和斜率轴向分布曲线越平坦或变化率越小,越有利于提高航行体超空泡生成速度;②航行体超空泡生成速度与通气流量有关,增大通气流量可以减小航行体超空泡生成时间。文中结果为提高航行体超空泡生成速度提供一条技术途径和研究方法。     

水下超空泡航行体流体动力设计原理研究

在对航行体超空泡生成、流型和稳定性水洞模型实验研究的基础上，从航行体运动力学原理出发，研究了超空泡航行体流体动力设计需要解决运动平衡、稳定性与可控制等基本问题．给出了超空泡航行体流体动力设计原理、方法与实现途径；并提出了一种流体动力设计原理方案，设计加工了实验模型，在水洞中进行了验证实验。实验获得的航行体超空泡流型照片和流体动力曲线表明提出的超空泡航行体流体动力设计原理是正确的，方法是可行的。     

超空泡高速航行体动力学建模与控制设计

为了研究超空泡航行体的动力学建模和控制问题,根据空泡膨胀独立性原理,研究了空泡的记忆效应及其对空泡形态的影响,详细计算了超空泡航行体各部分所受的流体动力,计算过程中还考虑了空化器的定向效应和空泡尾部的上飘变形,研究了航行过程中尾翼效率变化规律,建立了超空泡航行体非线性动力学模型.设计了基于输入输出精确线性化的鲁棒极点配置控制器,深度跟踪性能较好,不足之处是控制输入饱和问题和滑行力的不利影响.为解决输入饱和问题,设计了预测控制方法并通过约束航行体尾部和空泡壁的距离使尾部不与空泡壁相接触,避免了滑行力的出现,有利于减少摩擦阻力,提高了航行体的运动稳定性.     

通气超空泡临界通气率的水洞试验分析

形成通气超空泡所需的通气量是设计试验的一个重要参数,适当的通气量才能形成形态可控且减阻的理想超空泡.表征通气量的无量纲参数是通气率,形成超空泡的最小通气率称为临界通气率.在可连续通气水洞中对航行体缩比模型进行了通气超空泡试验,通过改变水洞工作段的来流速度和压力、模型比例和空化器等因素,获得了一系列不同形态的通气超空泡,分析了影响通气超空泡临界通气率的因素.     

航行体云状空泡稳定性通气控制

为研究水下航行体云状空泡稳定性,通过水洞实验对水下航行体模型云状空泡进行了实验研究,对比分析了不同空化数对水下航行体通气空泡稳定性的影响,分别分析了不同空化数下通气空泡发展、断裂和脱落等准周期性波动特性以及脱落速度和空泡发展对表面压力的影响,得到了通气对流动控制效果和局部不稳定性机理.结果表明:在通气作用下空泡内的透明部分逐渐增大,在逆压梯度的作用下,回射流形成并向航行体前部运动,空泡前部由透明逐渐变为浑浊,当回射流到达空泡前段,空泡表面出现波动,在回射流的作用下空泡以涡团形式发生脱落,航行体模型肩部通气空泡的发展和脱落随着空化数的控制而呈现明显的不同;当空化数较大时,空泡发生断裂、脱落两个过程;当通气量增大空化数减小后,空泡呈现断裂、融合、脱落3个过程,此时空泡呈现稳定发展的特性;空泡平均脱落速度随着空化数的减小而减小;实验结果也表明了不同时刻航行体表面压力脉动情况,空泡闭合位置存在压力峰值,航行体表面压力随着空泡的脱落出现波动.     

自然超空泡航行体弹道稳定性分析

针对空化数实时变化的自然超空泡航行体的弹道稳定性问题,建立了纵平面内的简化运动方程,完成了弹道仿真程序的改进和完善,并仿真分析了其在110 m/s速度下的弹道特性.仿真结果表明,由于空化数变化使航行体受力失衡,航行体的姿态与受力互相影响,使航行体在超空泡壁面附近做规律性的振荡.     

Study on the trajectory prediction curves of supercavitating vehicle

In order to understand the laws of motion for supercavitating vehicle better, simplified equations for longitudinal motion of supercavitating vehicle were derived. Then the corresponding simulation software for trajectory of supercavitating vehicle was programmed, by which the theoretical predicted trajectories of the supercavitating vehicle at different velocities were obtained. It was found that the predicted trajectories at low speed and without cavitation on the vehicle in theory agreed well with those in experiments, and the theoretical predicted trajectories at high speed and with supercavity on the vehicle correctly reflected the motion laws of the supercavitating vehicle. The influences of various parameters of cavitator and rudder on the underwater trajectory were compared and analyzed, which can provide a guide for the design of hydrodynamic distribution and gross parameters of the supercavitating weapons.     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

弱刚性平面机械手运动规律的优化

分析了具有弱刚性特征的平面机械手的运动规律，提出了以工作点加速度的局部变化幅值为目标函数的优化方法．通过实例下的仿真研究，得到令人满意的结果．     

置换通风房间负荷及通风效率的非稳态数值模拟及分析

利用CFD商业软件-FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和非稳态数值模拟的方法,对某一置换通风房间在夏季室外综合温度和室内热源共同作用下的计算日冷负荷及室内温度场进行了分析.在数值模拟时,用多孔介质模型处理人员区,用离散坐标(DO)模型计算辐射换热.计算结果表明,置换通风房间具有热分层特性,该房间工作区最大负荷只有全室负荷的不到57%,通风效率随时间变化且在最大负荷时刻附近达到最大值约1.77.     

Spatial-temporal variation features and law of gas concentration in the fully mechanized working face under the condition of intermittent ventilation

Based on the fluid mechanics and mass transfer theory, a mathematical model of the spatial-temporal variation of gas was derived to avoid the gas accident caused by the main fan stopping ventilation under the condition of intermittent ventilation in the tunnel. According to the actual parameters of the tunnel, a numerical calculation model was established. The spatial-temporal variation of gas concentration in the fully mechanized working face under the condition of intermittent ventilation was calculated by using the commercial package Fluent, and the correctness of the calculated results was verified by the actual monitoring data of the mine. Firstly, the gas concentration was calculated under different wind velocities at driving face in coal tunnel, and the result showed that the gas can be carried effectively by the wind when the wind velocity is about 1.8 m/s. Secondly, the distributions of wind velocity and gas concentration at driving face were studied at 1.8 m/s, and the result showed the gas concentration increased gradually with the distance close to the outlet, but the gas concentration almost kept constant at the height of driving face. Thirdly, the distribution of gas concentration was investigated with time after the ventilation was stopped and restarted, respectively. The gas concentration of test point gradually increased with the increment of downtime, when the downtime was 40 min, the gas concentration of test point 3 reached the maximum value. The gas concentration increased gradually and reached the maximum after 10 min of restart, then sharply decreased and kept constant.     

火灾初期隧道轴向风速衰减规律分析

隧道轴向风流的形成与汽车活塞风作用、射流风机配置情况等密切相关。本文以某长大公路隧道为例,假定着火车辆堵塞行车通道致使上游车辆移动受阻,并考虑火灾爆发后60s实现交通管制,依次建立应急交通流模型、隧道轴向风速衰减控制方程,通过数值差分详细讨论了着火点位置、自然风速、行车速度、交通量、射流风机开启状况、交通管制等诸多因素对火灾初期隧道轴向风速衰减规律的影响。     

裂隙岩体中水运动规律及数值模拟研究现状

介绍裂隙岩体地下水运动规律，对目前描述地下水运动的模型及其优缺点进行叙述比较，同时对地下水运动模拟的数值方法的基本原理进行了阐述，指出了裂隙地下水运动中有待深人研究的问题。     

高速公路长大隧道通风竖井设计与施工技术研究

对于特长公路隧道,其通风设计和施工不仅关系到隧道的建设规模和将来的运营成本,而且和隧道的防火救灾相关。本文详细介绍了雪峰山隧道通风竖井的布置、结构设计以及施工技术,以期对今后其它长大隧道的通风及防灾设计起到借鉴作用。     

多风井矿井通风系统优化改造技术研究

针对淮南新庄孜煤矿多风井矿井通风系统现状及存在问题,通过矿井通风系统阻力分布和风量分配的研究,结合矿井主通风机性能曲线,编制了矿井通风基础网络图,分析了影响大二号风井系统主通风机不稳定运行的原因,结合新庄孜煤矿2009～2020年的生产规划,提出了多风井通风系统改造调整方案,并进行了复杂矿井通风网络计算机模拟解算,在满足矿井安全生产要求的基础上,进行优化改造方案的分析比较,确定了关闭大二号风井风机、原大二号系统回风并入新淮工广系统的通风系统优化改造方案.多风井矿井通风系统优化改造实践证明,优化了矿井通风网络;消除了大二号主通风机运行不稳定隐患,充分发挥了新淮风井主通风机的潜在通风能力,矿井通风系统可靠性显著提高,实现矿井主通风机安全经济运行;取得了显著的经济效益和社会效益.