两栖车辆在波浪中的摇荡问题研究

摇荡是两栖车辆在海上使用中存在的重要问题,它直接影响着乘员和装备的战斗力发挥。基于船舶的耐波性理论对两栖车辆在波浪中的线性摇荡问题进行了描述,通过实验得出了两栖车辆及其行走机构在横摇、垂荡状况下的共振频率和无因次阻尼系数,并对两栖车辆在我国某海域的海浪情况下可能出现的3种典型摇荡问题进行了简单的计算分析。     

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。     

矢量喷水推进两栖车航行姿态的数值及试验分析

为提高高速水陆两栖车的航行稳定性,降低两栖车遭遇波浪时的纵倾幅度,区别于多推进器构型策略,设计具备航向保持和姿态调整功能的单矢量喷水推进器系统应用于模型两栖车。基于多参考系的动参考系方法处理旋转流域,采用SST k-ω模型计算矢量喷水推进器的输出推力。结合CFD计算的推力结果,联合Vortex仿真计算装配有矢量喷水推进器的两栖车的航行特性。通过开展拖拽水池两栖车强制自航减摇试验和自由自航航向保持试验,验证矢量喷水推进器的功能。仿真和试验结果表明：矢量喷水推进器在一定程度上抑制两栖车在航行时遭遇纵波时的纵摇幅度,两次减摇试验车体纵倾角标准差分别降低38%、23%;同时矢量喷水推进器可使两栖车在水上航行时保持航向稳定,航向保持试验中车体横向位移小于0.6 m。     

两栖作战武器非线性横摇动力学研究

为了研究两栖作战武器非线性横摇动力学,在借鉴船舶非线性横摇动力学理论的基础上,利用两栖武器水上性能分析计算软件计算某两栖武器的GZ曲线,在考虑了流体附加质量转动惯性矩和非线性阻尼项的前提条件下,建立了两栖作战武器非线性横摇动力学方程,即将该方程化为无量纲形式,并引入状态变量,将二阶非自治动力学方程化为一阶自治动力学方程组,采用四阶龙格库塔法求解,给出了两栖武器在不同频率的波浪扰动下的非线性横摇角位移和角速度响应,并给出了不同工况下的系统相图。结果表明,两栖作战武器在规则波浪的扰动下的横摇运动是一个非线性动力学问题,其动力学特性对参数敏感。     

基于改进叠模方法的两栖车航行阻力成分研究

基于两栖车阻力产生的机理,提出了一种"改进叠模"航行阻力计算方法.以某履带两栖车为例,分析了其航行阻力的特性、尾部顺流段对航行阻力计算中流场的影响、车体表面动压力变化,获得了两栖车航行阻力成分构成,计算结果与拖曳模型试验数据基本吻合,表明用该方法可以有效分析两栖车的航行阻力.     

基于Kane方法的波浪驱动水下航行器动力学模型建立

基于多体系统动力学理论,定义并选取适当的坐标系和广义坐标,对波浪驱动水下航行器多体系统进行运动学分析,得到各部分的速度和加速度;基于Kane方法进行动力学分析,计算各部分的偏速度和偏角速度,进而求得系统的广义主动力和广义惯性力。将系统的广义惯性力和广义主动力代入Kane方程中,得到波浪驱动水下航行器多体系统动力学模型。在受力分析中,不仅考虑了惯性力、惯性力矩、重力和浮力以及流体动力,还重点分析了波浪力和多体系统的附加质量力。对波浪驱动水下航行器进行了运动仿真,仿真结果显示航行器航行稳定,所建立的模型是有效的。     

两栖轮式自行火炮航行阻力研究

为了在概念设计阶段评价两栖装甲车辆的水上性能,基于流体力学和船舶原理的相关知识,通过Solidworks的二次开发技术测量车体模型的相关参数,采用相当平板理论计算车辆的摩擦阻力,使用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)有限元软件对车辆水上航行状态进行仿真计算以获得车辆航行的形状阻力,在车模试验的基础上对试验数据进行了必要的换算和计算.最后通过MATLAB对计算数据进行汇总分析,研究并得到了某两栖轮式自行火炮较为准确的航行阻力值及其阻力构成规律.     

便携式水下航行器近水面航行波浪力计算分析与预报

基于三维势流理论,运用边界元法计算便携式水下航行器近水面航行作业时受到的波浪力,计算入射波不同参数和航行器上浮和下潜时不同姿态组合下航行器受到的波浪载荷。分析发现可以采用航行器的实时纵向位置来代替有航速情况下的遭遇频率,考虑各因素影响并对波浪力的数值计算结果进行函数拟合。该方法拟合得到的波浪力计算公式可以直接加入航行器运动控制方程中,为评估水下航行器在波浪载荷下的操纵性研究带来了方便。     

船载火箭炮发射动力学仿真

研究了利用民用船舶作为栽体进行火箭炮发射时的动力学问题.通过虚拟样机技术对船栽火箭炮系统进行了合理简化和建模;根据海浪波能谱,计算船舶摇荡运动的功率谱密度,计算产生船舶的随机摇荡运动;用ADAMS软件计算了莱火箭炮在横浪、斜浪和顶浪3种航行状态下发射时的动力响应.结果表明,船载火箭炮在顶浪或横浪状态下射击效果较好.该结论对船栽火箭炮系统的实际使用具有参考价值,计算结果也可以作为研究船载火箭炮射击密集度的依据.     

双车厢两栖车静水直航下的水动力性能研究

近年来开发了双车厢的水陆两栖车以提高其运载能力。研究基于某型号双车厢水陆两栖车的实尺度模型,采用计算流体力学方法和重叠网格技术建立多体运动的数值仿真模型,双车厢之间采用具有3自由度的球形铰接点进行连接。计算双车厢两栖车在静水中运动的水动力性能,分析前后车体的阻力、纵摇、垂荡运动性能以及球铰连接对车体的影响。研究结果表明：数值计算与拖曳水池试验的总阻力结果基本一致;基于可实现的k-ε湍流模型和多体重叠网格技术,可以很好地实现对双车厢两栖车水动力性能的数值预报;静水直航工况下两栖车的纵倾角度保持在1°以内,纵摇性能优良。     

两栖装甲车辆海上射击时机把握及时间控制研究

由于受海上特定条件的影响,两栖装甲车辆海上射击与陆上射击有很大不同。因此,采取正确的方法实施射击是提高两栖装甲车辆海上作战能力的关键。根据海浪及车体的运动规律,结合两栖装甲车辆火控系统的特点及作战人员海上实际操作控制能力,定量与定性分析相结合,提出一种新的两栖装甲车辆海上射击的方法,便于把握两栖装甲车辆海上实施射击的时机和节奏,从而更好地提高两栖装甲车辆海上射击的效率。     

两栖工程装备水陆运动模型

根据两栖工程装备特殊的动力结构特点及使用环境,建立了两栖工程装备陆地运动模型,从经典的MMG 3个自由度的平面运动入手,建立了两栖工程装备水上运动的数学模型和MATLAB/simulink仿真模型,实现了两栖工程装备的水上全回转动态描述。通过对仿真模型定量与定性的分析,验证了模型水上运动仿真的可行性,对两栖工程装备模拟训练系统的研制具有指导意义和实用价值。     

Hydrodynamics Research on Amphibious Vehicle Systems： Modeling Theory

For completing the hydrodynamics software development and the engineering application research on the amphibious vehicle systems, hydrodynamic modeling theory of the amphibious vehicle systems is elaborated, which includes to build up the dynamic system model of amphibious vehicle motion on water, gun tracking-aiming-firing, bullet hit and armored check-target, gunner operating control, and the simulation computed model of time domain for random sea wave.     

Hydrodynamics Research on Amphibious Vehicle Systems： Engineering Application

Based on the modeling theoretical research of the amphibious vehicle systems, a simulation computed architecture on the state space expressions of hydrodynamics for amphibious vehicle systems are educed, and simulation computed results of navigation characteristics, vibration-impact characteristics, firing-hitting characteristics for amphibious vehicle on water are given. It is shown that the hydrodynamic research on amphibious vehicle systems is necessary and feasible.     

防浪板对两栖车航行特性影响的研究

基于实验结果,文中采用数值模拟方法研究了防浪板对两栖车航行阻力特性的影响.结合k-ω湍流模型与多相流模型,对不加装防浪板、加装防浪板以及加装新型防浪板的两栖车的水上航行性能进行了数值模拟分析.研究结果表明,均相流模型与k-ω湍流模型相结合,能够很好地模拟两栖车水上航行阻力特性;防浪板能够有效地降低两栖车所受阻力,合理的防浪板结构最大减阻效率可达40%;并且,防浪板能够有效提高两栖车航行时的稳定性.     

两栖车辆实时控制水陆性能虚拟试验系统开发

两栖车辆有水上、陆上、水陆过渡3种工况。目前对两栖车辆的仿真计算主要有两种：一是利用多体动力学软件平台进行陆上仿真;二是利用计算流体力学软件进行水上性能仿真。都是针对单一工况进行仿真。为了解决多种工况下的动力学计算问题,采用粒子流场与刚体碰撞耦合的理论,结合传统多体动力学计算方法,建立了实时控制的两栖车辆全工况的动力学仿真系统。在此基础上实现了对多项水陆性能的虚拟试验,并以某高速履带两栖车辆为实例进行了验证。两栖车辆有水上、陆上、水陆过渡3种工况。目前对两栖车辆的仿真计算主要有两种：一是利用多体动力学软件平台进行陆上仿真;二是利用计算流体力学软件进行水上性能仿真。都是针对单一工况进行仿真。为了解决多种工况下的动力学计算问题,采用粒子流场与刚体碰撞耦合的理论,结合传统多体动力学计算方法,建立了实时控制的两栖车辆全工况的动力学仿真系统。在此基础上实现了对多项水陆性能的虚拟试验,并以某高速履带两栖车辆为实例进行了验证。验证结果表明：与试验数据对比,该仿真方法的计算误差小于15%,具有一定的准确度。     

基于动网格的两栖车航行姿态数值模拟

针对两栖车水上航行姿态,构建描述两栖车水上运动的动力学模型,采用混合耦合算法和动网格技术研究静水直航状态下,两栖车航行姿态的变化规律,模拟结果与实验值吻合较好。研究结果表明：车体达到稳定航行姿态会经历大幅振荡调整阶段和平稳运动阶段,车体平衡后,升沉和纵倾仍会有小幅变化;两栖车由排水航行状态逐步增速到滑行状态的过程中,车体重心逐渐升高,动升力在支撑车重成分中所占的比例越来越大,静浮力则越来越小。     

水陆两栖车矢量喷口装置设计与仿真

为提高水陆两栖车水上航行时的操纵性与稳定性,提出一种新型矢量喷口装置.喷口装置有俯仰与旋转两个运动自由度,可以控制喷水推进器喷射水流的方向,生成方向可控的三维矢量推力.根据水陆两栖车喷水推进理论,完成满足某型轮式两栖车航行动力需求与平台约束的喷水泵基本参数设计.依据计算的水泵出口直径完成与喷水泵一体化的矢量喷口结构与控...