超空泡水下航行器直航弹道三通道控制与动态特性仿真

水下航行器在超空泡状态直航时,其运动模式和常规全沾湿水下航行器完全不同,为保证该模式下直航弹道的稳定性,提出对超空泡航行器的纵平面、水平面和横滚三通道进行特殊控制。从超空泡航行器流体动力产生的机理出发,分析了其力学特性,建立了航行器三通道空间运动模型;采用空化器首舵和航行器尾舵对超空泡航行器直航弹道进行控制,利用极限操舵的控制模式降低了三通道之间的耦合。针对超空泡航行器直航三通道进行了动态特性仿真,仿真结果表明弹道航向稳定、深度偏差小、横滚振荡幅度可控     

空泡外形对超空泡航行体机动回转运动影响

提出超空泡航行体空泡流型概念,将航行体外形、空泡外形、航行体外形与空泡外形匹配统一用超空泡航行体空泡流型描述,用定量关系表达超空泡航行体流体动力特性;建立机动回转运动超空泡数学模型,推导回转运动超空泡外形表达式;研究超空泡航行体由直航运动过渡到稳态机动回转运动过程,给出该过程中超空泡外形变化规律;分析角速度、离心力对机动回转运动超空泡外形影响,揭示该两因素对超空泡外形变化影响程度;以空泡外形与航行体外形匹配为约束,对机动能力进行初步评估,通过仿真计算获得表征航行体机动能力的临界回转角速度。     

变速超空泡航行体壳结构的动力响应分析

通过对变速超空泡水下航行体壳结构受力模型的分析,建立了恒定推力下航行体的平面运动方程,确定了变速过程中的阻力和冲击力。利用有限元方法,进行了结构响应计算,分析了减速过程中节点时域上的最大应力值在轴向的分布情况及典型节点处的响应。结果表明：航行体所需推力和所受应力较大,对其结构强度要求较高;运动过程中,节点时域上的最大应力在空间域上的极大值主要分布在首尾端部和柱壳中部;存在一些振动频率对航行体结构响应影响显著。结果对超空泡航行体壳结构受力和强度分析以及优化设计有着重要的指导意义。&;#61472;     

周期性阵风流对通气航行体超空泡形态及流体动力特性影响

使用动态网格技术,数值模拟研究了周期性阵风流对通气航行体的超空泡形态和流体动力特性影响。首先通过数值计算的结果与实验数据对比,验证了动态网格技术数值模拟周期性阵风流的可行性,然后基于该模拟方法分析了周期性阵风流作用下通气超空泡航行体的空泡形态演化过程及流体动力变化特点。结果表明:在周期性阵风流作用下,通气航行体的超空泡形态呈现周期性变化,航行体沾湿区域的大小和位置也随之发生变化,进而引起了流体动力系数的周期性变化;航行体沾湿区域的阻力占总阻力的比例随着沾湿面积的增加而增大;沾湿区域升力占总升力的比例较大,沾湿区域的空泡闭合线附近存在高压区,使得沾湿区域的面积虽小,但却可以为航行体提供很大的升力。     

周期性来流扰动对通气超空泡航行体流体动力特性的影响EI北大核心CSCD

利用滑移网格法,数值研究了周期性来流扰动对通气超空泡航行体流体动力特性的影响,通过上游两片水翼反向摆动使下游流场产生水平速度周期性变化的来流条件,分析来流扰动对航行体空泡形态及流体动力的影响。在周期性水平来流作用下通气超空泡截面发生颈缩现象,航行体易产生沾湿区域影响空泡减阻效果;分析了航行体在周期性来流扰动下的流体动力变化规律,发现当航行体被空泡完全包裹时,阻力呈现周期性波动,升力较小;当航行体被空泡局部包裹时,升力和阻力都会产生较大波动。通过沾湿面积比率分析周期性来流的波长和波幅对空泡形态的影响规律,为空泡在扰动环境中的稳定性研究奠定了基础。     

水下超空泡航行体非线性动力学与控制

利用超空泡可以大幅地提高水下航行体的速度,由于在超空泡状态下航行体几乎完全被空泡包裹,超空泡航行体的流体动力和稳定性和以往全沾湿航行体完全不同,同时航行体尾部与空泡壁作用产生的非线性滑行力的出现,这些都对水下超空泡航行体的动力学建模和控制策略提出了很大的挑战。文中分析了超空泡状态下航行体各部分所受的流体动力,提出了航行过程中尾翼效率的计算方法,建立了超空泡航行体非线性动力学模型,设计了非线性切换控制策略。     

轴向载荷下超空泡航行体动力稳定性的数值研究

考虑超空泡航行体头部受到的轴向扰动载荷作用,推导了水下航行体动力失稳控制方程,进而利用Bolotin方法对水下航行体的动力稳定性问题进行了数值计算,得到了相应的临界频率曲线,并分析了载荷参数和航行体参数变化对主动力不稳定区域的影响规律,计算结果可为水下航行体的安全评估提供一定的理论依据。     

系统参数对超空泡航行体非线性动力学特性的影响

为保证水下超空泡航行体稳定地高速运动,在经典控制律的基础上,提出了一种新的控制律,并将之应用到超空泡航行体动力学模型中,通过动力学地图呈现了航行体尾翼偏转角、空化器直径随空化数变化的动力学行为,运用分岔图进一步探讨了超空泡系统的动力学特性,并采用数值仿真、相轨图和Lyapunov指数谱等非线性分析工具分析了航行体在不同参数下的运动状态。研究结果表明,随着尾翼偏转角、空化器直径和空化数的变化,超空泡系统的运动状态会在稳定航行、周期振荡和混沌振荡之间切换。当航行体参数不变,初始的深度、垂直速度、俯仰角和俯仰角加速度不同时,系统能体现瞬态周期、瞬态混沌和运动状态转移等非线性运动特性。研究结果将对超空泡航行体稳定控制有指导意义。     

超空泡航行体的增益自适应全程滑模控制器设计

超空泡航行体在实际巡航时具有其独特的运动特性,同时还存在着流体动力系数的摄动及尾部流体未知干扰等不确定因素,这些都给航行体的稳定控制带来了困难。改进了目前普遍采用的超空泡航行体的数学模型,设计了全程滑动模态面,采用自适应算法对系统不确定性及外界干扰上界进行了估计,设计了基于滑模理论的控制器,并进行了数学仿真。仿真结果表明：该系统响应快速,具有很好的鲁棒稳定性能。     

超空泡航行体尾部流体动力特性试验研究

在水洞中采用前支撑方式模型进行了通气超空泡试验,对不同的超空泡形态下超空泡航行体尾部阻力系数、升力系数及俯仰力矩系数的变化规律进行了研究,并对航行体有无攻角情况下的尾部流体特性进行了比较,获得了攻角对尾部流体动力特性的影响。研究表明,在空泡开始包裹到尾部天平时,随着空泡形态的增长,尾部阻力系数迅速下降,而升力系数和俯仰力矩系数则迅速上升。当空泡将航行体上表面包裹,而下表面沾湿时,阻力系数减小趋势变平缓,而升力系数和俯仰力矩系数则均到达峰值。当空泡完全包裹航行体时,升力系数和俯仰力矩系数迅速回落至零值附近,此时阻力系数在零值附近变化不大。攻角1度情况下的航行体尾部阻力系数减小幅度与无攻角时相比明显降低,最大升力系数和俯仰力矩系数均远大于无攻角情况。     

A Study of Cavitator Deformation and its Effect on Cavity Shape

The cavitator is the key component of a supercavitating vehicle. Based on the potential flow theory and ANSYS, we perform stress and deformation analysis of a cavitator and present a computational procedure of supercavitating shape when the vehicle was in high speed motion. Different shapes and materials models were examined to determine the deformation and the extent of influence on the cavity shape. Information obtained from these analyses reveals that the deformation of the cavitator can be one of the ca...     

干气密封系统角向摆动的稳定性及其振动响应

干气密封系统角向摆动改变了动静密封环间的微尺度间隙,进而影响了干气密封的密封性能,建立了角向振动下气膜-密封环系统的动力学模型,应用微扰法和龙格-库塔法求解气膜角向刚度、临界转动惯量和角向摆动的二维振动方程,获得了密封系统稳定时的密封结构参数范围,并分析了最佳稳定点和临界点振动响应。研究结果表明:在特例中螺旋角α=75°邻域内,存在着稳定区域α=74°30′06″-75°16′10″,其最佳值为αopt=74°53′48″。最佳稳定点振动响应为准周期运动,而临界点振动响应发生了混沌运动。     

潜射导弹空化特性水洞模型试验研究

潜射导弹水下弹道品质决定了发射过程的成败。发射速度提高形成的导弹附体空泡造成了流体动力的不确定性,增加了水下弹道设计的难度。针对潜射导弹水下航行的特点,采用通气空泡技术来模拟不同空化状态下航行的导弹,给出了空泡形态及其流体动力特性,分析了锥头锥角对空泡形态和流体动力特性的影响,得出了回射流效应及弹体自由攻角随锥角增大而增大的结论。借鉴超空泡武器外形理论,设计了增强弹道稳定性的截头锥头型,并通过试验验证了该头型弹体稳定性好的特点。试验结果可供潜射导弹水弹道设计人员参考。     

航行体加速运动对空泡形态影响研究

基于均质平衡流理论,采用Mixture 多相流模型,通过设置来流速度边界条件随时间的变化,并考虑动坐标系流体体积力,在动量方程中加入源相,实现了超空泡航行体加速过程的数值模拟,得到了航行体加速运动,自然超空泡与通气超空泡形态变化规律.结果表明:航行体加速运动达到匀速状态速度相同的条件下,自然超空泡滞后时间随着加速度减小而减小;在加速度相同的条件下,空泡滞后时间随着速度的增大而减小;航行体加速运动引起通气超空泡形态连续脉动.     

高墩连续桥在移动车载作用下的横向振动分析

本文在将轮胎与路面之间的面接触引入车-桥耦合模型的基础上,进一步考虑车辆的横向自由度,从而提出一种新的车辆模型来研究移动车载作用下的桥梁横向振动。车辆轮胎被模拟成一个三维弹簧模型,轮胎与地面的接触面模拟成长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。考虑影响接触面间的横向力大小的三种重要参数如：滑移角、侧偏角、轮胎的“S”形运动对耦合系统的影响;并与炉坪大桥实测数据比较,验证本文方法的正确性,并分析了接触面积、车速等对横向振动的影响。     

考虑空化作用的潜射航行体弹道仿真

该文基于独立膨胀原理研究了潜射航行体的自然空泡形态及小机动条件下空泡轴线的偏移,采用细长体理论计算了航行体部分沾湿区的流体动力,建立了纵平面内潜射航行体水下运动数学模型。针对自然空化条件下潜射航行体水下航行段弹道进行了仿真分析,仿真结果表明,艇速干扰使弹道出现弯曲,艇速越大,航行体出水姿态角越大,不利于出水姿态的稳定,而空化作用产生的附加径向力在一定程度上对航行体姿态起到矫正作用,仿真计算结果与模型试验结果符合较好。