考虑空化效应的舰艇水下爆炸仿真研究

为了分析空化效应对舰艇水下爆炸冲击响应的影响。对一维Bleich—Sandler模型进行了数值仿真计算,验证了计算方法的正确性,分析了空化闭合二次加载产生的速度截断现象,并应用于二维中截面舰艇模型水下爆炸数值仿真。结果表明空化在冲击波到达结构表面后就会发生,空化闭合会产生显著的二次冲击加载作用。这在舰艇水下爆炸仿真计算中必须加以考虑。     

致密化液甲烷/液氧作为推进燃料性能评价分析

为深入论证致密化低温推进剂带来的收益,系统性地分析了致密化液甲烷/ 液氧作为推进燃料的综合性能。 构建了推进剂贮箱漏热、温升、增压压力、壁厚的动态热力模型,针对不同尺寸的液甲烷 / 液氧贮箱组合,分析了致密化液甲烷/ 液氧对燃料停放温升、发动机推力提升、贮箱增压压力降低、贮箱质量减轻的影响。 并提出了致密化液甲烷/ 液氧过冷程度匹配问题,考虑燃料的充分利用与发动机的推力提升,得出了液甲烷/ 液氧最佳致密化程度的一一对应关系。 研究表明,常沸点状态液甲烷 / 液氧过冷至三相点状态可分别相对减少 75. 3% 与 62. 4% 的增压氦气消耗,同时减轻液甲烷贮箱 16% 的质量与液氧贮箱 31% 的质量;推进剂体积流量不变时可获得三相点状态液甲烷所对应液氧最佳过冷温度为 73. 7K,发动机推力可相对增加3. 4%;液甲烷燃料充足时,三相点状态液氧可提升发动机 6. 9% 的相对推力。     

隔膜贮箱电子束焊接技术研究

隔膜贮箱是一种空间系统应用较广泛的液体推进剂贮箱.在橡胶隔膜贮箱的研制中,通过对焊接过程中隔膜受热状态分析,优化选择了电子束焊接规范参数;采用了特殊焊接工艺方法,较好地控制了橡胶隔膜在焊接过程中的受热温度,通过直接测温方法测定,橡胶隔膜在焊接过程中受热的峰值温度和停留时间能够满足隔膜材料的要求.     

液压节流阀内非定常空化特性的数值分析

基于修正的RNG k-ε湍流模型并结合Schnerr-Sauer空化模型及多相流模型对液压节流阀内部非定常空化流动进行了数值计算,分析了节流阀内空化形态的周期性变化过程及其对应的内部流场的压力脉动特性,讨论了非定常空化形态演变与压力脉动之间的关系,同时研究了不同空化阶段对节流阀内速度场的影响差异。结果表明:节流阀内空化的发展是一种非定常的周期性过程,主要包括空化的产生、脱落以及溃灭;在空化初生时,不同位置截面在轴向速度分布上均未出现反向射流,但在空化溃灭阶段,不同位置截面在靠近壁面处均存在一个宽度大约1 mm的反向射流区,且不同截面位置所对应的反向射流的强度不同;阀口下游不同监测点处压力脉动的主频与空化结构演化的周期有着良好的一致性,此外还存在一个次级频率,对应为小尺度空化脱落、溃灭的频率。     

微重力环境下低温流体的数值模拟与特性研究

在重力场下,贮箱中流体的状态是已知的,流体状态是按规律分层分布的,而在微重力环境下,贮箱中流体状态是未知的,气相和液相的分布是不规则的,其界面的几何形状也是不确定的。通过采用VOF方法,对贮箱中的液氢在微重力条件下进行了数值模拟研究,主要考虑了不同重力加速度,接触角和不同充液量等因素的影响,从而得到在微重力条件下影响气液分布的主要因素。     

节流孔板非线性空化特征实验研究

工艺系统热工水力管路中的各类阀门、文丘里管、孔板等节流件,随系统工作压力和前后压差的增大,会出现汽液两相流引起空化。本文针对不同规格孔板为代表的节流件,采用流体力学仿真、结合台架实验产生的空化汽泡图像对比分析,提出阻塞流发展变化的斜梯三角形特性曲线。该曲线描述了流体通过节流件时,在不同工况下处于空化初生、临界、阻塞流、闪蒸4个不同流动状态。并给出了利用压力恢复系数或振动加速度信号作为空化初生点的判断依据。     

超空泡航行器三维流场仿真及性能分析

提出了带进水管路超空泡航行器基本结构和性能评价方法.基于三维Reynolds平均N-S方程、Mixture 多相流模型和完全空化模型,建立了超窄泡航行器内外流仿真模型.开展了不同航行状态和空化器攻角下流场仿真,分析了航速、航行攻角和空化器攻角对空泡形态、航行器水动力特性和进水管路性能等影响规律.研究表明:航行攻角严重影...     

有限元分析技术在贮箱结构优化设计中的应用

把有限元分析的技术应用到贮箱的设计中,建立了贮箱有限元模型,并对现有的一个贮箱为例进行结构优化.其中进行了材料非线性分析,得出贮箱各个压力下的应力和变形量,为加工和装配提供可靠的数据,从而使其质量得到减轻,以提高发射有效载荷.     

基于AMESim的贮箱增压过程仿真

某挤压式液体火箭发动机推进剂供应系统采取共底贮箱,增压过程中要求严格控制氧化剂箱和燃料贮箱的压差,防止贮箱中隔板破裂发生危险。利用AMESim软件,对该推进剂供应系统增压过程进行动态仿真,并进行系统地面增压试验,仿真结果与试验情况基本吻合。结果表明,在系统增压过程中,隔板压差在设计范围之内,能够保证贮箱安全、可靠工作。     

矩形贮箱类液固耦合系统的平动响应研

采用与以往不同的方式,综合运用两种不同形式的Ｌａｇｒａｎｇｅ函数,以简洁的方式建立了常重力下受到水平激励的矩形贮箱类液固耦合系统的耦合动力学方程。该方法大大减少了公式推导,且所得的动力学方程是降阶的。通过数值仿真发现,在一定的激励幅值和频率下,该耦合系统会出现零点漂移等非线性动力学现象。     

非定常通气超空泡分叉突变特性研究

针对非定常通气超空泡的不稳定性,采用分叉与突变理论分析通气超空泡失稳现象发生的机理。基于Logvinovich空泡截面膨胀独立性原理及通气质量平衡方程,得出联系非定常通气超空泡长度及空化数的积分方程。根据积分思想,将积分方程分解为两个第一类Volterra积分求解,得出线性小扰动系统,对静态分叉引发的状态突变进行定性分析,并通过数值仿真进行了验证。理论分析及数值仿真结果表明,非定常通气超空泡在平衡点处呈现的跨临界分叉将导致非定常通气超空泡在分叉点处产生突变。此现象揭示了稳定通气超空泡在临界值处改变通气参数所导致的空泡失稳的机理,有助于超空泡航行体稳定航行控制系统的设计。     

轴流泵叶轮内空化流动的计算研究

首先通过轴流式模型泵外特性试验,确定了汽蚀性能曲线。基于完整空化模型和混合流体两相流模型,对轴流式模型泵设计工况下叶轮内空化流动进行全流道数值计算。选择空化开始发生、临界汽蚀点以及空化严重时3个工况比较分析叶轮内空化流动的发展情况。计算获得了不同汽蚀余量时叶片背面静压、空泡体积组分分布和不同轴截面上的空泡体积组分分布。当叶轮流道内发生局部空化时,不会影响到泵的能量性能;空化严重时,翼形叶栅的过流面积受到严重堵塞,泵的能量性能严重下降。计算结果与外特性试验相吻合,较好地揭示了轴流泵叶轮内的空化流动的静态特征。对比计算扬程和效率确定了空化的发展阶段,对于保障轴流泵稳定运行有一定指导意义。     

矩形贮箱类液固耦合系统转动特性分析

应用本文提出的综合运用两类不同形式的Ｌａｇｒａｎｇｅ函数建立系统动力学方程组的新方法,分析了俯仰激励下矩形贮箱类液固耦合系统的力学特性,观察到了幅频响应曲线中的“跳跃”和“滞后”等非线性系统所具有的动力学现象。     

含隔板球形贮箱液体晃动激励频率影响分析

针对航天器球形贮箱液体大幅晃动问题,采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对液体进行建模:基于SPH方法基本方程推导出N-S方程的数值解,并给出人工黏度项、压力项表达式,选择动态边界法处理边界计算问题。建立光滑内壁球形贮箱及带防晃隔板球形贮箱两种模型,设计力模式、运动模式两种激励形式并选择三种激励频率进行仿真分析,分别记录舱壁受力及测点压强。仿真结果表明:激励频率取为1.5 Hz时,舱壁受力最大;隔板能够减弱液体晃动对舱壁产生的作用;液体晃动现象的产生使得舱壁在y,z两方向的受力均增大;位于液面以下的舱壁所受压力具有"双波峰"特性,而隔板的存在对压力峰值具有"平均化"效果,避免局部压力过大;位于液面以上的舱壁所受压力表现为"脉冲波"形式,随激励频率的增加隔板对舱壁压力的削弱效果越明显。     

液体大幅晃动中的动平衡位置研究

液体在外部激励作用下发生大幅晃动时,晃动特性及响应将呈现一定的非线性,无法直接用传统等效力学模型进行描述。针对不同形状贮箱内液体在大幅晃动中的平衡位置变化进行了研究,从而为复合等效建模提供基础。首先考虑恒定激励,研究了轴对称贮箱及非轴对称贮箱内液体的动平衡位置,针对不同贮箱特点提出了平衡位置跟随等效重力部分的液体模型与动平衡位置描述方法,并进行了推导与CFD对比验证。其次,考查了时变激励下液体动平衡位置描述效果,针对上述贮箱形状分别进行了CFD仿真对比,验证了动平衡位置描述的正确性。最后,对该方法进行总结并对改进方向进行讨论。     

带搅拌器ZBO低温贮箱长期在轨存储非稳态分析

针对带搅拌器ZBO低温贮箱在轨工作过程,采用计算流体动力学软件FLUENT对液氢贮箱进行非稳态模拟分析,获得了贮箱内流体的两相流特性以及压力变化规律。低温贮箱的物理模型为贮箱顶部和底部为椭球形,中间为柱段,贮箱顶部换热器连接低温热管,底部采用喷射泵装置。计算结果表明,随着贮箱外部热量的不断导入,贮箱底部和顶部都出现了气泡,并且逐渐增大,流体最高温度和压力不断上升,增压运行至设定值(运行约80 h)后开启喷射泵和低温制冷机,气泡体积均缩小,流体最高温度和压力明显降低(运行约20 min)。     

应用模糊随机理论预测空化状态

本文首先分析了空化初生的模糊随机现象和用模糊集理论进行空化状态预测的可能性，其次，讨论了空化系统的模糊随机变量及其数字特征，在此基础上，提出了空化状态的模糊随机理论预测方法，并给出了相应的算例。     

流空化噪声的谱特性

根据流空化噪声的功率谱结构对空化现象进行判别是人们关注的问题之一。本文采用了一种流空化噪声的模型并对功率谱进行了计算和分析。采用三种不同的几何模型，实测了空化状态下的功率谱特征，所得结果表明流空化噪声具有连续的功率谱结构，谱包络具有近似单调上升和单调下降的趋势，以此判断空化的发生，为工程设计提供了可靠数据。     

水中测速涡轮高速旋转下的空化特性研究

水下常规弹药引信可利用外置涡轮获得其自身运动速度,研究高速旋转涡轮的空化特性对引信测速、测距误差的分析具有重要意义。该文从空化的发生和发展机理出发,针对水流速度为10m/s和8m/s下的不同空化数,分别利用数值仿真和空化水洞实验对涡轮空化形态和动力学特性进行了研究,并分析了空化条件下的涡轮转动。根据仿真和实验的结果,对涡轮空化发展的各阶段特征进行了分析比较。结果表明,数值方法能较好的预测涡轮空化的发展规律和空化下的涡轮动力特性;在一定的水流速度下,涡轮的转动速度随空化数的降低先略有升高然后降低;在一些水流速度和空化数下,涡轮转速信号具有明显的低频周期性变化。     

液体火箭冷氦增压系统低温试验研究

为研究液体火箭低温氦增压系统中电磁阀与孔板组合方式的增压性能和优化孔板的设计,开展了使用液氢温区的氦气作为增压介质的冷氦增压系统试验,并通过排放液氧模拟火箭贮箱内液氧的消耗.通过分析试验过程中增压氦气流量和贮箱压力的情况,获得了该增压方式对贮箱的增压性能.试验结果表明电磁阀与孔板组合能将贮箱压力维持在设计范围内,是一种简单、可行的液体火箭液氧贮箱增压方案.