回转体高速垂直入水冲击特性研究

回转体入水过程不仅影响其运动轨迹,而且将引起回转体壳结构以及内部元器件的动态响应。本文利用大型商用软件MSC.dytran数值模拟技术,对圆盘尖拱头型回转体最危险的入水状态,即垂直入水过程进行了数值仿真,得到了此回转体垂直入水的冲击特性,以及垂直入水初期的弹道特性、轨迹与入水超空泡。分析结果将对此回转体头部壳体强度设计、提高抗冲击性能、入水弹道设计以及水中布放位置研究都具有重要的参考价值。     

回转体超音速入水冲击数值仿真

入水冲击问题是现代水中兵器的研究热点之一。采用商用CFD软件,使用流体体积函数(VOF)模型并结合动网格技术,仿真了平头回转体模型在亚音速、跨音速以及超音速状态下的入水过程,得到了模型在不同速度下的入水阻力特性、头部直径、液体可压缩性及空气激波对入水过程的影响。仿真结果表明,入水阻力系数峰值随着速度的增加先降低后平缓,峰值宽度逐渐降低;增大头部直径,阻力系数峰值增加,峰值宽度增加;水的压缩性会使阻力系数峰值出现的时间延后,数值降低;空气激波会使接触水面时刻阻力系数降低。     

不规则波作用下回转体出水过程数值研究

为研究波浪环境对跨介质回转体出水过程受力及运动的影响,基于P-M谱模拟了半球头回转体在不规则波条件下的出水过程,获得了回转体受力特性与运动特性。结果表明：回转体所受法向力主要来源于柱段中部不对称压力分布,所受俯仰力矩主要来源于头部和柱段尾部的不对称压力分布;回转体质心水平位移和俯仰姿态的方向与回转体遭遇的波峰波谷演化阶段相关,而量值与回转体遭遇的波峰波谷高度差相关。     

回转体边界层的有限差分计算方法

回转体边界层方程属于高阶非线性微分方程,回转体边界层微分方程的求解方法一直是工程上的一个难点。基于边界层理论,利用面元法求解绕流外部势流流场,从回转体轴对称边界层微分方程出发,引入Prandtl混合长度湍流模型,利用有限差分的方法对回转体边界层微分方程进行数值计算。最后,以某回转体外形为例,获得了较高的计算精度。     

绕平头回转体空穴的发展及脱落特性研究

综合数值计算及实验技术研究了绕平头回转体的空穴发展及脱落特性。采用流动显示技术观察了绕平头回转体的空穴在不同空化数下的发展及脱落历程,并利用局部时均化湍流模型（PANS）进行了数值计算。研究结果表明：绕平头回转体空穴的发展过程和空泡的脱落细节均随空化数的不同而呈现出明显的差异;空化数较大时,空穴发展及脱落没有准周期性,空化数越小,空穴的发展周期越长,脱落空泡的尺度越小;绕平头回转体的空泡准周期性脱落过程主要包括空穴断裂与空泡脱落两个过程;空穴断裂的位置大约位于距回转体肩部0.3D（D为回转体直径）处,由于反向射流的作用使空穴的断裂呈U型涡状;在一定的空化条件下,绕平头回转体的空化由于断裂和融合两个过程的存在,将使空穴在发展过程中呈现更加稳定性的特征。     

回转体齐射出水过程空泡演化规律与弹道特性实验研究

为研究齐射出水过程中回转体间的相互干扰,基于高速摄像技术对小型回转体齐射出水过程开展实验研究。利用图像处理技术对采集图像序列中的回转体和空泡轮廓进行识别提取,并通过对比单发回转体和双发回转体在有无艇速下的弹道特性,分析齐射过程回转体间的流体动力干扰和艇速对其影响。实验结果表明：在回转体无艇速2发齐射出水过程中,首发回转体形成的低压区使次发回转体的内侧空泡发展较大,次发回转体的运动轨迹发生向首发回转体方向偏转;当存在艇速时,回转体空泡演化规律和弹道特性发生改变,在迎流侧高压和水流冲刷作用下,空泡均向背流侧发展较大,首发回转体发生沿流向偏转,次发回转体处于首发回转体的尾流场中,其姿态和轨迹仍存在向首发回转体方向偏转,但由于艇速作用使偏转幅度相对较小。     

计算绕回转体势流流场卡门方法的一种数值解法

文中在深入研究势流理论和数值理论的基础上,提出了预处理加权迭代改善法,用它来求解利用卡门方法计算回转体势流压力分布过程中所出现的病态线性代数方程组系统。并以计算圆球势流压力分布为例,验证了该算法的有效性和可靠性。最后,通过大量的仿真计算,文中对卡门方法的适用范围、元素总数与总长的选取比例等问题进行了探讨。     

绕空化器回转体非定常通气空化流动特性的实验研究

为了研究绕回转体通气空化流场特性,以带空化器回转体为研究对象,采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明：在相同傅汝德数下,空泡形态随通气率的增大而增大,从最初的游离空泡发展成超空泡,在超空化阶段的显著特点是在主流区和超空化区之间存在着光滑而清晰的分界面,空泡的稳定性增强;在相同通气率下,空泡形态随傅汝德数的增大而减小,由于空泡界面的滑移速度增大,通入的定量气体来不及聚积成大的空泡而被高速来流带到流场的下游,使得泄气量加大;通气空化流场呈现非定常特性,其反向射流的推进速度随通气率的增大而增大。     

数值波浪水池中两栖武器摇荡运动研究

波浪扰动是影响两栖武器水上性能的重要因素,为了研究波浪对两栖武器水上摇荡运动的影响,建立数值波浪水池中两栖武器计算模型,结合VOF法、动网格技术对两栖武器进行摇荡运动仿真计算。仿真计算了两栖武器自由横摇衰减运动,并与拖模试验结果进行比较,结果吻合较好。针对不同波浪要素,对两栖武器进行横摇、横荡、垂荡运动分析。研究结果表明:随着波高的减小,横摇、横荡、垂荡运动响应减小;随着波长的减少,横摇、垂荡运动响应减小,波长对横荡运动影响较小。     

三维随机波浪的数值仿真研究

为快速有效地模拟三维波浪,从海洋学已有的统计观测结果出发,在应用Pierson-Moscowitz随机海浪频谱和SWOP建议的方向函数的基础上,建立了风浪的三维随机波面数学模型,该模型采用多个随机余弦波迭加来模拟的随机波浪曲面,余弦波的随机相位由MATLAB的Rand()函数产生,并分析了分频数和分角数对仿真结果的影响,给出了确定分频数和分角数的原则.最后利用MATLAB实现三维随机波浪仿真和显示.把仿真的最大波高与标准风浪的浪高参考值进行了对比,结果表明,这种方法能快速有效地模拟三维随机波浪.     

波浪对导弹垂直发射水弹道影响研究

潜射导弹出水过程中受到海浪作用的扰动,对导弹水弹道参数产生一定影响。采用Pierson-Moscowitz频谱和SWOP方向分布函数构建了随机海浪模型,并根据切片理论给出了波浪力计算公式。根据波浪随机性的特点,借鉴蒙特卡洛法思想,利用建立的数学模型进行了统计法仿真,得出了波浪对导弹无控弹道参数最大偏差影响随深度变化的规律,且给出了不同海况和主浪向参数波浪影响下弹道参数最大偏差数值,阐述了其变化规律。仿真方法和结果对工程研究有一定参考价值。     

不同攻角下绕平头回转体初生空化流动特性研究

为了分析近壁面流场结构对附着型空化初生特性的影响规律,通过数值模拟方法开展不同来流攻角条件下绕平头回转体初生空化的形成及流动特性研究。采用均质两相流模型并耦合大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型,对绕平头回转体初生空化进行数值模拟。研究结果表明：LES方法 可以较好地模拟绕平头回转体的初生空化流动,计算得到的空穴形态及其随时间的演变过程与实验结果基本一致;各攻角条件下的初生空穴均呈不规则的团泡状,不对称地分布在回转体肩部的分离涡区域内;随着攻角增大,回转体迎流区域的初生空穴分布范围逐渐减小,背流区域的初生空穴分布范围逐渐扩大;初生空穴的分布规律与时均分离涡结构紧密相关;随着攻角增大,迎流面分离涡尺度逐渐减小并向回转体头部及壁面移动,背流面分离涡尺度逐渐增大;大攻角条件下,在回转体背流面的分离再附着点附近出现二次分离现象,促使初生空化在此处形成。     

超薄型双波浪带管带式水散热器技术的应用研究

对超薄型双波浪带管带式水散热器技术在履带式车辆中的应用进行了分析研究,通过部件的台架对比试验、车辆的环境适应性跑车试验以及对部件的体积、质量分析表明,超薄型双波浪带管带式水散热器技术在履带式车辆的应用得到了在系统散热能力提高、水散热器部件散热能力不降低的前提下减轻散热器组件质量的效果．     

射流斜侵彻陶瓷复合装甲的数值模拟和实验研究

采用ALE算法对射流斜侵彻陶瓷复合装甲的过程进行了模拟研究。通过研究不同靶板倾角和不同陶瓷厚度下射流斜侵彻的剩余速度．得到了射流剩余速度随装甲倾角和陶瓷厚度变化的曲线．陶瓷复合装甲的抗射流斜侵彻能力随装甲倾角和厚度的增加而增强。实验验证表明，射流斜侵彻陶瓷复合装甲的剩余速度数值计算基本一致，其斜侵彻形态也基本相同。     

波浪相位对航行体出水过程水动力特性的影响

为了探索波浪与空泡共同作用对潜射航行体出水过程力学特性的影响规律,采用数值方法对不同波浪相位出水条件下航行体水动力与近水面空泡几何特性发展的物理机制进行了研究,获得了相关的流场数据。研究结果表明：出水波浪相位的差异导致近水面流体质点剪切运动的强弱与方向是导致航行体肩空泡空间不对称结构的一个重要因素;出水过程肩部空泡的不对称分布构筑了航行体迎背水面力学载荷的显著差异,从而导致实际发射过程航行体出水姿态的变化,并影响打击目标的精度。     

驻定斜爆轰波流场的数值模拟与显示

通过数值模拟和实验显示的方法对驻定在高速飞行体上斜爆轰波流场进行研究．数值模拟基于含反应源项的多组分守恒方程和简化的有限反应速率氢氧两步反应模型，采用高分辨率的ＴＶＤ格式．实验采用２５ ｍ ｍ 滑膛炮发射高速锥形弹丸进入氢－空气混合介质形成驻定斜爆轰波，并获得驻定斜爆轰波的照片．     

冲击载荷作用下岩石动态力学性能的数值分析

为研究不同冲击载荷和不同性质岩石的动态力学性能,通过与实验结果的对比分析,验证了数值仿真冲击载荷下应力波在岩石介质中传播特性的可行性,利用显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA,数值模拟了SHPB冲击岩石试件的过程,得到了不同冲击速度下人造岩石的应力-应变曲线,获得了相同冲击速度下几种不同性质岩石的应力-应变关系,结果表明,人造岩石的动态力学特性与应变率有很大关系,岩石的动态力学特性与岩性密切相关.     

异型弹芯斜侵彻靶板的数值分析

分析了高速撞击过程中不同入射角的异型弹芯的斜侵彻运动.结合异型弹芯侵彻靶板试验,建立了三维有限元计算模型,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行仿真计算,得到速度为1.5 km/s时靶板侵彻变形过程中的应力分布图,给出了碰撞过程中任意时刻的速度、加速度及能量的变化曲线.根据仿真结果,得到异型弹芯入射角与侵彻深度的变化曲线,与试验进行了对比,数值结果与试验结果吻合较好.     

EFP斜冲击高速运动柱壳装药数值模拟研究

用LS-DYNA动力学有限元数值计算软件,模拟EFP战斗部斜冲击高速运动柱壳装药过程,分析战斗部着角对高速运动柱壳装药冲击起爆效能的影响规律.结果表明:弹目交汇条件对EFP战斗部冲击起爆效能影响明显;柱壳装药以400 m/s速度运动且与EFP运动方向夹角为钝角时,着角位于0°～20°区间时EFP战斗部均可成功引爆柱壳装药,当着角为25°时,无法引爆柱壳装药,着角≥40°时弹丸跳飞;柱壳装药以400 m/s速度运动且与EFP运动方向夹角为锐角时,EFP冲击起爆效能明显增加,着角位于0°～45°时EFP战斗部均能对其冲击起爆.通过调整EFP战斗部与柱壳装药弹目交汇条件可实现对柱壳装药冲击起爆.     

弹丸对加筋板穿甲的数值模拟研究

根据舰船上加筋板壳结构在强冲击载荷作用下的变形以及破坏过程,结合加筋板受弹丸穿甲的实验研究,采用数值模拟方式,对加筋板受到弹丸攻击时,靶板破坏模式、弹丸过靶姿态以及靶板抗穿透能力等进行了研究。结果表明,筋板的存在,使得靶板强度和刚度都得到了较大提高,靶板整体结构性能以及破坏模式发生了较大变化,"一""T""十"字加筋使弹丸极限穿靶速度的提高量随筋板和弹丸的不同在35%～80%之间变化,弹丸的最大偏转角达到了35°～40°。