引气槽减阻特性的数值研究

为了考察三体滑行艇的引气槽在高航速下的减阻效果,采用数值手段模拟了不同三体滑行艇模型在容积弗劳德数从3.14到5.83的静水直航运动。通过计算值与试验值的对比,验证了数值方法的有效性。计算结果表明,相比于无引气槽模型,引气槽内凹所形成的拱度增大了断级后空穴的范围,减少了航行中的摩擦阻力;引气槽在Fr≥4.93的航速下有着较好的减阻效果,最大减阻收益为5.9%。降低引气槽拱度后,空穴范围变小,阻力性能变差;而增大引气槽拱度在容积弗劳德数从4.04到4.93时阻力有所降低,但空穴范围仍较原模型要小。     

加装尾压浪板单体复合船型运动预报研究

为改善单体复合船型静水阻力性能,在传统单体复合船型基础上在尾部加装尾压浪板,可以改善其静水阻力性能,同时其耐波性能也得到提升.对加装尾压浪板的单体复合船型开展纵向运动预报研究,先后采用切片法进行理论预报,分别用二维RANS方法和三维RANS方法计算船体剖面及尾压浪板水动力系数,RANS方法计算组合附体和尾压浪板的升力系...     

组合附体对双体船水动力性能的影响分析

双体船具有低阻力、高航速、良好操纵性和甲板宽大等优点,但是由于长宽比较小,双体船在斜浪中的扭摇运动比较剧烈。为了改善双体船的耐波性,采用T型水翼作为减摇附体来提高船体的附加质量和阻尼。然而,使用T型水翼进行减摇可能造成双体船的航行阻力增大。本文提出了采用尾压浪板改变船体纵倾、以对带T型水翼的双体船进行减阻的方案,并基于数值仿真和模型试验等手段,对比研究了不同航速下加装与不加装T型水翼及压浪板的双体船的航行阻力和耐波性。研究结果表明,在Fn=0.5~0.8的高航速段内,与双体船裸船体相比,加装了T型水翼和压浪板的双体船在静水中的航行阻力略有减小,而在波浪中的升沉运动响应平均减小了11.2%,纵摇运动平均减小了21.3%。采用T型水翼和压浪板作为组合附体,可实现双体船的阻力和耐波性等水动力性能优化的目的。     

转子翼驱动功率与升/阻力特性研究

为了研究新型的Magnus转子式减摇装置（转子翼）的驱动功率问题，本文通过转子翼上动态流体力矩和平均转子角速度计算伺服系统驱动功率。采用ANSYS-Fluent进行转子翼水动力三维瞬态仿真试验，得到横摇周期内动态水动力特性；根据动态流体力和转子角速度，按照惯性力矩、摩擦力矩和粘滞阻力矩3部分计算得出转子翼上的总力矩。研究结果表明：长度3 m、直径0.4 m的转子翼，航速7 kn时，平均升阻比大于4；转子翼在低航速时亦可产生足够升力；转子翼单位投影面积升力大于传统翅片形减摇鳍，阻力则反之；转子翼的驱动功率小于传统减摇鳍。     

稳定鳍和波高对SWATH波浪中纵向运动影响模型试验研究

为研究小水线面双体船(small water-plane area twin hull,SWATH)的耐波性,在拖曳水池里开展了SWATH顶浪规则波中纵向运动模型试验,研究了航速和稳定鳍纵向位置变化对船体纵向运动性能的影响,以及波高变化对船体运动响应的非线性影响。试验结果表明:不同航速下,船体的垂荡传递函数和纵摇传递函数均随着波长变化呈现出双极值;不同航速时的垂荡传递函数的极值大小变化较小。稳定鳍纵向位置移动3.5%设计水线长时,对模型的运动响应影响不明显。随着波高增加,模型运动响应的非线性特征突出表现在共振区附近,在低速时更为显著。     

Magnus减摇装置及其升/阻力特性分析

为了研究基于Magnus效应的船用减摇装置(转子翼)的水动力特性,本文结合美国Quantum公司推出的Maglift型产品,采用ANSYS软件分析了不同航速、转速下转子翼的升/阻特性。建立了转子翼绕流的几何模型,利用ANSYS-CFX对转子翼的升/阻力及升/阻系数进行稳态仿真分析,将得到的升力进行非线性曲面拟合,得到转子翼升力与转速和航速的关系。仿真结果表明:转子翼的升/阻力受航速、转速的影响显著,均随二者的增加而增加;与传统减摇鳍对比,Magnus减摇装置具有更高的升力系数,开展对Magnus减摇装置的水动力分析具有十分重要而深远的意义。     

三体滑行艇阻力试验研究

为了验证三体滑行艇超高速航行能力,研究其阻力特征和船型特点,通过船模试验测量了不同排水量、重心位置下的阻力、纵倾角和升沉,研究了压浪条对阻力与航态的影响.试验结果表明:三体滑行艇2个辅助片体的存在加大了高速航行时气动升力的影响,改善了其水动力性能,具有优异的纵向稳定性和极小的兴波与喷溅,在Fr(v) ＞8条件下仍能稳定...     

升力风扇垂直起降飞机阻力特性分析

结合升力风扇系统动量理论方程和固定翼飞机的升阻计算模型,建立了升力风扇垂直起降飞机升阻特性估算模型。通过该模型得到了升力风扇垂直起降飞机的典型阻力特性曲线,并分析了全机总体参数对于过渡态阻力峰值的影响关系,进而得到了关于升力风扇垂直起降飞机总体布局设计的相关指导原则。     

升力翼列车通过隧道的气动效应研究（英文）

升力翼列车是一种通过增加升力翼来提升气动升力的新概念列车,可等效降低自身重力,有效减少轮轨磨损。本研究基于RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格模拟方法,研究了不同攻角升力翼列车通过隧道的气动效应,并通过动模型实验数据对数值计算方法的精度进行验证。研究结果表明:升力翼列车进入隧道后列车升力增大,相较于明线,隧道内平均升力增加了33.3%;在进入隧道时攻角由12.5°减小为7.5°,可以较好地减小进入隧道时的升力波动,同时也可减小列车和隧道表面的压力峰值,有利于列车平稳通过隧道。通过对比有、无升力翼的列车可发现,车体前端主要受到升力翼增加车隧阻塞比的影响,而压力上升;车体后端主要受到升力翼尾流的影响,压力降低。本研究结果可为升力翼列车平稳通过隧道提供技术支持。     

涵道式垂直起降固定翼无人机纵向稳定性研究

针对涵道式垂直起降固定翼无人机飞行过程中的悬停和过渡2个飞行状态,进行了纵向飞行稳定性研究。根据叶素动量理论结合实验数据,建立了基于特征截面计算的共轴双旋翼涵道气动力模型和推力涵道气动力模型,模型参数依照实验数据进行辨识;根据六自由度方程建立带推力涵道偏转的无人机飞行动力学模型;以建立的模型方法对案例无人机进行了悬停和过渡状态的纵向平衡求解和稳定性分析,并与悬停实验结果进行了比较。结果显示所建结合涵道动力模型的无人机飞行动力学模型能够准确地描述此类飞行器的纵向飞行稳定性。     

级联式预设性能动态逆解耦直接升力着舰控制

为在下滑着舰过程中，克服“反区”操纵特性，减轻飞行员操纵负担，提升着舰精度和安全性，将直接升力方法引入着舰控制律设计，发挥其响应速度快、控制精度高、解耦性能好等优点。采用预设性能的非线性动态逆方法和控制分配算法相结合的控制架构设计了两层级联式综合直接升力着舰控制器，既可以实现纵向轨迹和姿态控制间的解耦，还可以实现横航向控制与纵向运动间的解耦。首先，建立了舰载机全量六自由度非线性模型作为研究对象；然后，通过设置虚拟中间控制量将动态逆与控制分配环节有机地衔接，通过预设误差向量约束方程的方法提升动态逆控制环节的综合控制性能，据此设计出级联式纵、航向综合解耦的直接升力控制器；最后，仿真验证所设计的直接升力控制器可以在保持迎角和速度稳定的情况下调整飞行轨迹高度，实现纵向轨迹控制和姿态控制的解耦；还可以在对中控制的时候，保持纵向高度稳定，实现横航向运动和纵向运动的解耦。研究表明，采用直接升力控制可以实现飞行员操纵到控制变量间的逐一对应，显著减轻操纵负担并提升下滑着舰控制精度。     

船舶静水航行水动力模型的简化及其应用

针对现有船舶水动力模型考虑因素多、通用性差的缺点,通过简化船体线形、忽略波浪和风向等复杂因素的影响,对船舶水动力模型进行研究。推导静水面船体的迎流区域范围,计算水流作用在船体微小面元上的动压力,得出整船水流总阻力计算模型。在此基础上,给出船体航行动力学模型,分析船舶在静水面航行中动力、水阻力和运动状态之间的关系。将该水动力模型应用于船舶稳定航行控制,结果表明模型具有较好的实用性。     

非定常流Weis—Fogh机构在零航速减摇中的应用

由于Weis-Fogh机构的仿生机构可以在零航速下产生升力,因此可以用来进行零航速减摇.基于势流理论建立的Weis-Fogh机构升力模型忽略了翼缘的分离涡对翼的作用,所以不能更好地模拟实际流场.因此基于点涡模型建立Weis-Fogh机构升力模型,并对Weis-Fogh机构张开时所产生的升力进行了数值计算.通过对有分离涡的Weis-Fogh机构升力和没有分离涡的Weis-Fogh机构升力之间的对比,发现前者产生的升力远大于后者.最后同实验数据进行了比较,证明该点涡升力模型可以更好地模拟翼上产生的升力.     

三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究

为了研究三体船航速及不同波陡波浪参数对其波浪中增阻及运动响应的影响,本文首先对三体船在静水中的阻力进行了数值模拟;其次,通过数值模拟计算了三体船在迎浪规则波中总阻力及纵向运动响应,进而得到波浪增阻,并根据试验结果对数值计算结果进行了验证;最后,研究了三体船在短波和长波中波浪增阻和纵向运动响应随波陡变化的非线性特征.研究...     

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50 kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。     

单体复合船型向大型化推广应用研究

为了将自主研发的单体复合船型从几百吨级向千吨级和4千吨级船舶上推广应用,通过在3个不同吨级的单体船艏底部加装减纵摇组合附体形成了3个单体复合船型,对各单体复合船型和原船型进行了模型水池规则波和静水阻力试验,对比试验结果,分析组合附体对各单体复合船型纵向运动性能和静水阻力性能的影响.结果表明:合理的组合附体形式、尺度及艏鳍、半潜体与主船体的水动力布局可以使单体复合船型静水阻力与原船型相比影响不大,而其在波浪中的纵向运动性能得到较大改善.证明了单体复合船型在4千吨级以下船舶上应用是可行的.     

基于Kriging模型的某轿车前轮阻风板优化

将数值优化方法和CFD仿真结合,对某轿车前轮阻风板进行了优化.以前轮阻风板的高度和安装位置为变量,通过DOE拉丁试验方法选取了20组样本点.利用CFD仿真得到各样本点的响应值,由响应值建立Kriging近似模型.在验证了近似模型的可信度基础上,通过多岛遗传算法对近似模型进行全局寻优.优化结果表明:在不增大升力的前提下,前轮阻风板最多可将气动阻力由827.4 N降到792.4N,降幅为4.23%.若阻力、升力的权重分别设为0.85和0.15,气动阻力降为796.8 N,降幅为3.70%;气动升力降为382.6 N,降幅为6.55%.     

基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍升力特性研究

为了克服传统减摇鳍只能在有航速情况下进行减摇的缺点,该文提出了一种基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍.通过对Weis-Fogh机构原理与流体特性的深入研究,从理论上推导出平板翼的升力表达式,确定了升力与旋转角速度及角加速度之间的函数关系.在Matlab/Simulink环境下,建立了平板翼的升力模型,完成了平板翼在各种运动规律下的升力仿真实验.仿真结果证明,这种新型的减摇鳍能够在零航速下瞬间产生巨大升力,通过控制翼的旋转角速度及角加速度能够控制升力的大小及建立的时间,验证了采用Weis-Fogh机构设计零航速减摇鳍的可行性.     

无升力双体水动力干扰计算

根据势流理论给出任意运动的2个水下无升力物体间流体动力干扰的二维和三维计算模型.从壁面附近圆柱干扰力计算结果出发,指出水下物体相互接近过程中,理论上存在某种干扰最小的路径.采用3种不同的网格划分比例计算回转椭球体附加质量,单元数确定时,加密纵向网格则与纵向运动有关的计算精度提高,横向的精度降低,因此网格划分应合理分配纵横比例.对三维Rankine体进行了壁面干扰规律的模型试验和计算研究,间距较大时物体受到壁面的吸力,随间距的减小,该吸力先逐渐增加后减小,最后变为排斥力,分布源计算值与试验值的比较表明:分布源法可有效预测壁面间距较大情况下的流动干扰力,随着Reynolds数的增加,分布源法有效性的壁面间距下限增大.论文中的数值模型也适用于多个无升力物体作6自由度运动的情况.     

基于模糊逻辑方法的涵道风扇飞行器非定常气动力建模及应用

为研究涵道风扇飞行器过渡阶段飞行特性,使用CFD方法,通过叶素理论和滑移网格技术,求解涵道风扇飞行器定常状态气动力及俯仰非定常状态气动力,并计算了升降舵偏角对气动力的影响。将CFD计算数据作为训练样本,使用模糊逻辑方法建立了涵道风扇飞行器纵向非定常气动力模型,该模型考虑了涵道风扇飞行器俯仰运动时的非定常效应及气动力与发动机转速的耦合效应,对涵道风扇飞行器非定常气动力具有较高精度的描述。使用该模型求解涵道风扇飞行器六自由度方程,进行时域仿真,仿真结果表明涵道风扇飞行器高度和速度的指令跟踪性能良好,低速飞行性能良好,过渡阶段姿态稳定。