非对称头型对航行器入水空泡及弹道特性影响的实验研究

非对称头型能够帮助空投入水的航行器快速达到水平航行状态,在实际中有着较好的应用场景。该文采用了高速摄影的方法,通过开展不同构型头型的实验模型入水冲击试验,揭示非对称头型在5-12 m/s的不同冲击速度和60°、70°、80°和90°的不同冲击角度下入水空泡生成演变机理与入水弹道变化特性。通过数字图像识别技术提取模型的入水弹道轨迹和姿态角的变化从而研究其入水弹道的演变规律。研究结果表明:切角头型使得模型头部受到流体的横向偏转力矩作用,从而使得模型弹道发生偏转;随着入水速度的增加,带有非对称头型模型的弹道偏转幅度随之增加;平头和大切角头型在倾斜入水时由于左右两侧空泡压力差的作用,会使得模型产生俯冲弹道;在不同实验工况下,模型姿态角随时间的变化遵循抛物线变化规律;带有小切角的非对称头型的模型在入水时会形成更大开口直径的空泡,同时产生不对称的入水空泡。     

螺旋桨空泡观测实验技术研究

该文介绍了传统频闪空泡观测和高速摄影空泡观测技术,对某典型油轮在压载工况下螺旋桨空泡观测结果进行了对比分析,实验结果表明两种空泡观测技术结果吻合。频闪空泡观测技术作为常规的工程应用研究手段,能宏观把握桨叶表面空泡的总体特征,快速高效地判断空泡性能的优劣。高速摄影空泡观测技术,可从时空多维度捕捉空泡动态变化的微观细节,为空泡的机理研究提供强有力的实验手段。成果将为进一步研究螺旋桨空泡诱导振动噪声的时频特性和空泡观测的不确定度分析奠定基础。     

回转体垂直带攻角入水流场演化及载荷特性实验研究

为获得回转体在垂直带攻角情况下入水的流场演化和载荷特性,利用高速摄像技术与测量系统对其入水过程进行实验研究。通过对实验过程中流场变化过程和压力及加速度测量结果的提取,分析回转体在有攻角情况入水的空泡演化、喷溅特性和模型表面载荷变化规律。结果表明:回转体带攻角入水使空泡出现明显的不对称性,并出现二次喷溅与喷溅分离线等特殊现象。回转体底部中心点在撞水时会在极短的时间内承受较大的冲击压力,而回转体表面压力主要受流场变化影响,回转体表面压力远远小于回转体头部,且与头部压力变化规律明显不同。     

高速雨滴冲击载荷及破碎数值预报研究

海洋资源开发不断向深远海发展,海洋工程装备对复杂海洋环境的适应性要求不断提高,甚至要求其具备原地抗台风能力。台风通常伴随着强降雨,高风速驱动下雨滴出现高速运动,关于高速雨滴冲击于海洋平台产生的雨载荷尚无系统研究。雨滴直径为毫米级,运动尺度为米级,属于典型的跨尺度问题,同时,雨滴为柔性体,冲击于结构表面发生变形及破碎的过程属强非线性问题。该文基于RANS方程,采用VOF两相流模型,利用高精度网格处理技术,构建了一套高速雨滴冲击载荷的数值预报方法,开展了不同雨滴直径和速度下雨滴冲击载荷及破碎过程的数值预报研究,量化了雨滴冲击载荷与直径和速度的关系,修正了简化冲击载荷计算公式,探讨了高速雨滴冲击破碎过程中的压强时空演化规律,定量分析了破碎影响区尺度及压力系数变化。该文的研究成果可为海洋结构物雨载荷定量与分析提供技术支撑。     

小空化数下超空泡航行体的阻力特性试验研究

为了研究小空化数下超空泡形态航行体的阻力特性,针对带圆盘空化器头部的航行体设计加工了4种不同结构参数的航行体试验模型.并在水靶道中进行了这些模型的水下航行试验,航行体空化数接近10-4,试验中测量出航行体发射点和某点的航行速度,计算出航行体的平均空化数.数据处理后得到了航行体的平均阻力系数,分析了空化器直径、航行体长细比、空化数对航行体阻力特性的影响;还在试验数据基础上,分析了小空化下航行体的自然超空泡减阻率.结果表明:在超空泡形态下,空化数接近10-4航行体的超空泡减阻率可达98%.这个研究结果为进一步研究小空化数下航行体的水动力特性和弹道特性提供了理论参考和试验数据.     

新型叶剖面设计及叶剖面参数对空泡特性影响的研究-(2)剖面参数对空泡特性的影响

本文是新型叶剖面设计及叶剖面设计参数对空泡特性影响的研究的第二部分 :叶剖面参数对空泡特性的影响。这部分工作利用第一部分的新型叶剖面设计方法 ,系统地研究了叶剖面参数如最大拱度 ,拱度和厚度分布等参数对空泡特性的影响。并根据这些参数对空泡特性的影响 ,优化叶剖面设计。     

坚硬煤岩组合体变形破坏特征及冲击特性研究

为研究冲击地压机理,考虑冲击地压发生的“顶板-煤层”组合结构,进行了不同加载条件下的单轴组合样品试验,通过分析坚硬煤岩组合体在不同加载条件下的变形发展过程和破坏特征,初步得到组合体破坏的基本形式以及可能的突变条件。研究结果表明:试样的变形破坏呈现明显发展过程,随加载速率的变化表现为渐进破坏、劈裂破坏和整体破坏3种形式,伴随内部承载结构的削弱,最终发生整体突然失稳。结合煤岩相对滑动特性,通过分析典型冲击矿井的开采地质条件和采动效应,明确了坚硬煤岩组合条件下冲击地压的破坏模式,可为后续有针对性的灾害防治提供参考。     

新型叶剖面设计及叶剖面参数对空泡特性影响的研究--(1)新型叶剖面设计

本文是新型叶剖面设计及叶剖面参数时空泡特性影响的研究的第一部分：新型叶剖面设计。基于Eppler的机翼叶剖面设计理论给出了一种新的螺旋桨叶剖面设计方法。新的设计方法是利用预先给定拱度和厚度分布而不是攻角分布来设计叶剖面，从而在叶剖面的设计过程中可以控制叶剖面的最大厚度和拱度。这样，新的设计方法可以根据螺旋桨在各个半径上的最大厚度和拱度及水动力特性的要求设计各个半径上的叶剖面，为系统地研究叶剖面参数对其空泡特性的影响提供了一种有效工具，并为螺旋桨和叶剖面的同步优化设计打下基础。