计入尾涡衰减影响的船舶螺旋桨扰动场数值分析

依据库塔条件反映物理真实的基本精神,考虑尾涡强度沿流线衰减,修正了Morino数值库塔条件,建立了考虑泄出自由涡衰减影响的螺旋桨面元计算模型.主要通过数值计算结果说明涡的衰减方式基本满足指数衰减规律.将这种数值库塔条件应用到螺旋桨扰动场的数值分析中,讨论了相关参数的确定原则和具体方法,该计算模型可以较准确地预测船舶螺旋桨扰动场,为理论研究船舶螺旋桨的激振力和噪音、桨舵干扰提供了一个新途径.数值分析结果证明,考虑涡强衰减的螺旋桨面元计算模型是可行的.     

带襟翼的机翼尾涡合并数值计算

为获得带有襟翼的机翼尾涡的合并动力学过程,在验证数值方法的基础上,数值模拟带有襟翼的机翼绕流尾流场,根据涡合并特征将合并过程划分为诱导共转阶段、合并阶段和轴对称化阶段.采用涡间距量纲—化尾流区域描述二涡诱导合并.变换弦长雷诺数、襟翼翼梢与机翼翼梢的间距、襟翼角度,改变襟翼翼梢涡与机翼翼梢涡的强度比,得到尾涡合并差异的特征.计算结果表明:随着雷诺数的增加涡的强度增加,涡量的扩散程度减低,涡合并过程被推迟,空间诱导运动过程得到延长,涡系空间诱导运动增强,涡合并的雷诺数效应随着雷诺数增加而减弱,缩短涡间距,加速涡合并过程,但合并后的远场涡尺寸和形态没有显著改变;襟翼涡随着襟翼角的减小而减弱,强度逐渐减弱的襟翼涡逐步被翼梢涡拉伸卷吸,微弱的襟翼涡系在近场中的合并过程完全改变,翼梢涡的运动轨迹并未受到诱导运动.翼梢涡合并的雷诺数效应表现为诱导运动过程的增强,尾流中强度小的涡系起不到明显的诱导作用.     

螺旋桨诱导的船尾脉动压力的数值模拟

利用奇点分布的方法计算船尾脉动压力．在用面元法计算螺旋非定常水动力性能的基础上,在船舶尾部分面元并分布奇点,通过迭代求解船尾和螺旋桨的相互影响,在此计算过程中,采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双面曲形状的面元以消除面元间的间隙,Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边有良好的一致性,在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,加快了数值计算的速度．从面元法的基本积分方程得到的偶极强度和源汇强度,直接求得流场中的速度分布,并以此计算船尾和螺旋桨的相互影响,得到稳定的流场以后,通过伯努里方程计算船尾压力分布,并通过傅里叶变换得到各个阶脉动压力,最后将计算结果和试验结果作了比较分析。     

新型无毂涡高效螺旋桨

为满足船舶低油耗和环保的需求，日本Nakashima螺旋桨公司开发出一款无毂涡（NHV）的新型高效螺旋桨。     

螺旋桨性能计算的B样条网格面元法研究

螺旋桨水动力性能的准确预报对避免不良设计所带来振动和噪声,改善螺旋桨性能有着重要的意义.应用低阶速度势面元法建立了预报船舶螺旋桨水动力性能的数值方法,重点对桨叶随边和尾涡面进行研究.鉴于传统网格划分方法的不足,根据螺旋桨表面流场特性,采用B样条网格划分方法对桨叶表面单元进行剖分.文中对原有的等压库塔条件形式进行了改进,在考虑横流影响的前提下,满足随边荷载为零的条件.对计算结果与试验结果进行比较分析,表明将基于B样条的网格划分方法应用于已有的面元法程序中,能够很好地改善计算结果的精度.     

导管螺旋桨不同桨叶的叶梢泄露涡分析

为了深入探讨叶梢泄露涡的流动机理,研究了导管螺旋桨中桨叶螺距比与盘面比对叶梢泄露涡的影响,以及不同桨叶中叶梢泄露涡、叶梢负荷与叶梢泄露流三者之间的关联. 采用数值方法对不同桨叶的导管螺旋桨流场进行了模拟分析. 结果表明: 当螺距比增大,叶梢泄露涡逐渐远离桨叶吸力面,涡核空化数降低;当盘面比增大,叶梢泄露涡的轨迹基本不变化,涡核空化数提高; 叶梢泄露流通过与叶梢泄露涡之间的流动剪切作用影响叶梢泄露涡的发展;叶梢泄露流流速受到叶梢负荷的影响,负荷越高的位置,叶梢泄露流的速度也越高．     

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.     

螺旋桨尾流中螺旋梢涡声场的解析计算

通过将螺旋桨尾流中的螺旋梢涡近视地看成具有螺旋对称性的圆柱螺旋涡丝,本文推导出了毂涡和五根螺旋梢涡辐射声场的解析解,以及在给定参数下的数值仿真结果。计算表明速度场和压力场都是时间的基频和倍基频函数,压力脉动的特性得到体现。     

新型POD推进器尾涡模型的改进研究

针对一种POD推进器水动力性能的数值计算方法,改进了其螺旋桨的尾涡模型.应用简单尾涡松弛方法,计算了不同进速系数下尾涡线螺距角分布,进而根据计算结果找出了尾涡模型中的关键参数———尾涡螺距角与几何螺距角及进角之间的关系,并以解析式的形式表达出来,从而建立了改进的尾涡模型.为检验其有效性和适用性,选用两只螺旋桨进行了实例计算,并与试验结果及旧尾涡模型的计算结果进行了对比分析.通过与旧的尾涡模型计算结果进行比较,发现采用新尾涡模型得到的水动力性能比旧模型更接近于试验数据,表明其计算结果具有更高的精度.而计算结果与两只POD螺旋桨试验数据的比较表明,采用新尾涡模型计算得到的螺旋桨水动力性能和试验结果均很接近,说明新尾涡模型具有良好的适用性.     

Numerical simulation and experimental investigation of incremental sheet forming process

In order to investigate the process of incremental sheet forming （ISF） through both experimental and numerical approaches, a three-dimensional elasto-plastic finite element model （FEM） was developed to simulate the process and the simulated results were compared with those of experiment. The results of numerical simulations, such as the strain history and distribution, the stress state and distribution, sheet thickness distribution, etc, were discussed in details, and the influences of process parameters on these results were also analyzed. The simulated results of the radial strain and the thickness distribution are in good agreement with experimental results. The simulations reveal that the deformation is localized around the tool and constantly remains close to a plane strain state. With decreasing depth step, increasing tool diameter and wall inclination angle, the axial stress reduces, leading to less thinning and more homogeneous plastic strain and thickness distribution. During ISF, the plastic strain increases stepwise under the action of the tool. Each increase in plastic strain is accompanied by hydrostatic pressure, which explains why obtainable deformation using ISF exceeds the forming limits of conventional sheet forming.     

倾转旋翼机涡环状态数值模拟及数学建模

倾转旋翼机垂直下降或斜下降过程中包含极为危险的涡环状态,为掌握涡环状态下其气动载荷、流场变化规律,建立涡环边界数学模型,为相应飞行仿真和飞行试验提供数学模型。采用基于滑移网格技术的CFD方法模拟了倾转旋翼机的涡环状态,研究了倾转旋翼机垂直下降飞行时涡环状态流场、力和力矩的演变规律,提出了倾转旋翼机涡环边界计算方法,并得出了涡环边界解析表达式。结果表明：与直升机涡环状态的主要区别为,倾转旋翼机的机翼降低了单个旋翼涡环状态的影响,但倾转旋翼机旋翼分布的对称性,提高了飞行器滚转力矩失衡的风险;倾转旋翼机垂直下降速率v_H/v_h为0.9左右时,会进入成熟的涡环状态,旋翼拉力损失最大,为18%;倾转旋翼机垂直下降时的涡环状态对应的下降速率为0.583≤v_H/v_h≤1.516,风险一方面来源于倾转旋翼机左、右两部分旋翼拉力不对称导致倾覆,一方面来源于倾转旋翼机旋翼拉力损失过大导致坠毁;根据涡环状态危险程度,建立了垂直下降和斜下降状态的涡环边界数学模型。结果可为倾转旋翼机的设计和安全飞行提供下降速度规避依据。     

装有全方向推进器的潜艇的运动仿真

为研究全方向推进器在潜艇上的应用,对水下潜器进行了受力的分析.给出水下潜器六自由度运动的操纵性方程.为了简化程序中的运算,将水下潜器的6个自由度的运动方程通过Matlab解算转换为矩阵形式.考虑了水下潜器的运动环境的的影响.分别分析了尾部安装1个全方向推进器和首尾各安装1个全方向推进器时所产生的推力.完成2种情况下的水下潜器六自由度的运动仿真系统.该仿真系统采用一种普遍实用的数学模型,考虑了非线性的水动力,精度较高,适用于一般类型的水下潜器,对研究全方向推进器水动力性能及其在水下潜器上的应用有很大现实意义.     

非定常流中桨后舵附推力鳍的数值模拟

采用基于速度势的面元法计算螺旋桨与其后舵附推力鳍的非定常水动力性能，船体对螺旋桨的影响以桨盘面处的非均匀伴流来模拟．计算了螺旋桨0．7半径处在旋转一周过程中表面压力分布的变化情况，并与试验数值进行对比．在此基础上，计算了处于非均匀来流的螺旋桨后的舵附推力鳍的水动力性能．舵附推力鳍与螺旋桨的互相干扰以迭代处理，分析了采用不同剖面的推力鳍其助推效率的变化，将鱼形鳍剖面引入推力鳍中，并对鱼形鳍随边处进行了一些修改，计算了螺旋桨在旋转一周过程中，鱼形推力鳍助推效率的变化，计算结果与相同展长、弦长的NACA0018剖面相比，鱼形鳍的助推效率增加了约30％．     

板材多点成形过程中成形力的数值模拟

基于动力显式有限元格式,给出了多点成形中成形力的计算公式。对不同材料、不同厚度的圆柱面、球面及马鞍面三种典型形状的成形力进行了数值模拟,分析了成形力的变化过程及影响因素。结果表明:在成形过程中,随着基本体与板料接触数目的增多,成形力会越来越大。厚板成形、硬质材料成形时都将需要较大的成形力。由于变形的复杂性,成形双向曲率的目标面时所需的成形力明显高于单向曲率。这些结果对于选择多点成形设备、更好地控制板材多点成形过程以减少成形缺陷具有重要的指导作用。