吊舱推进器水动力分析及其载荷特性研究

该文通过建立吊舱推进器水动力分析模型,采用多重参考系方法（MRF）,研究吊舱推进器水动力及其载荷特性,分析螺旋桨旋转的吊舱推进器在直航工况、±10°舵角工况下的空化性能。分析表明,空泡是造成吊舱推进器效率降低的一个主要原因。该文同时分析了吊舱推进器在直航工况下,螺旋桨的推力、扭矩系数和进速系数之间的关系。上述理论计算符合实际,可以为吊舱推进器的水动力性能预报提供参考。     

基于有限元的吊舱内部温度场仿真分析与优化

针对某飞行试验项目机载吊舱内部对吊舱内部温度控制的要求,该文提出了一种新的实现形式,通过有限元仿真方法对吊舱的热载荷及内部温度场进行分析,得到了吊舱内部空气流动速度和温度分布信息。根据分析结果对吊舱内部设备布局和吊舱结构进行改进,实现对吊舱内部温度场均匀性进行优化的目标。通过飞行试验实测数据可知,基于有限元仿真方法开展的吊舱热载荷及内部温度场分析可以较好地反映吊舱内部的温度场,从而达到优化温度场的目的。     

混合式对转桨吊舱推进器空泡性能浅析

研究混合式吊舱推进器空泡性能。基于空泡形成的原因和空泡形成的部位,研究影响空泡的因素,即吊舱的形状、螺旋桨的受力和航速等,为推进器的优化设计提供可靠的信息。     

船-冰碰撞载荷时间历程的模型试验研究

船-冰碰撞载荷是极地船舶船体外板结构强度的设计载荷,但目前的极地船级规范中尚未涉及船-冰碰撞载荷的时变特征。以我国新一代极地科考船为原型开展室内冰水池物理模型试验,对船首与浮冰的碰撞过程进行模拟;试验测试以主拖车拖曳船模撞击浮冰的方式进行,碰撞过程中船体所受冰载荷由布置在船首表面的触觉传感器测得。试验发现:船-冰碰撞过程中的整体冰载荷沿船体外板的作用呈现出近抛物线的轨迹,同时,载荷经历了先上升、后下降的完整过程,最大载荷作用时刻出现在冰体最大下压弯曲变形时刻;此外,最大载荷出现的水平位置集中在1/4船宽附近,相应局部碰撞载荷的时程曲线特征以‘单峰’型形态为主。     

面向船体结构动冰载荷监测的线性形函数识别方法研究EI北大核心CSCD

船体结构冰载荷监测系统中的载荷识别算法是对船舶在冰区安全运行进行实时评估的关键环节,而常用的影响系数矩阵法尚未考虑冰载荷的动力效应。在时域内将动冰载荷离散为诸多时间元,在每个时间元内利用线性形函数的组合形式逼近构造动冰载荷;通过结构的动力响应分析得到形函数的响应矩阵,并以此建立船体结构冰载荷识别的正问题。利用共轭梯度最小二乘迭代型正则化算法和终止迭代准则对冰载荷识别问题中的不适定性进行控制。该数值算例和试验验证均表明,该冰载荷识别模型具有良好的识别精度、求解速度及稳定性。     

淡水冰单轴受压力学特性的试验研究

该文通过淡水冰的系列单轴抗压试验研究,探讨了加载速率、冰试件尺寸、试件横截面形状以及加载接触面对冰强度和压应力-应变关系的影响;试验研究和理论分析表明：在高径比小于2时,相同截面尺寸冰试件的抗压强度随构件高度的增加而提高,当高径比大于2时,强度变化不明显;随着截面尺寸加大,相同高径比试件强度稍有下降,即具有一定的尺寸效...     

基于模型试验的船-冰碰撞载荷空间分布演变历程研究

针对船-冰碰撞载荷空间分布的演变历程,通过一系列的冰水池模型试验,分别从"整体"与"局部"的角度,对船-冰碰撞载荷沿船体表面的空间移动轨迹,及局部冰压力空间分布形态随时间的变化过程进行了研究。结果表明:船-冰碰撞过程中的冰载荷沿船体外板的整体作用呈现出近抛物线的轨迹;同时,冰压力的局部空间分布也呈现出与冰载荷时程曲线中"峰-谷"循环波动特征相对应的"单-双"高压力区周期性的动态演变过程,极端冰载荷只存在于"单高压力区"型的局部空间分布形态下。基于多个载荷板对船-冰接触轨迹进行覆盖的理念,提出一种移动冰载荷的构建方法。相邻载荷板之间的载荷时程存在重叠以更好地模拟载荷的空间"移动",而各载荷板上的非均布冰压力则通过高斯函数进行拟合。     

基于粘聚单元模型的平整冰-竖直圆柱体碰撞数值模拟

基于非线性有限元数值方法,引入粘聚单元模型并结合线性软化弹塑性本构模型,对平整冰与竖直固定圆柱体碰撞进行了数值模拟,研究了碰撞过程中平整冰的破坏模式和柱体所受冰载荷。数值模拟结果与实际观测到的冰层撞击灯塔时的破坏模式进行了比较,两者吻合良好;随后分别分析了粘聚单元破坏准则和碰撞速度对圆柱体所受水平冰载荷的影响。结果表明:柱体所受水平冰载荷受粘聚单元破坏准则影响有限,与碰撞速度呈正相关且平均冰载荷的增长速度稍高于线性增长。     

电动螺旋桨综合能效测试研究

随着航空运输业不断向绿色低碳方向发展,电推进系统成为混动、全电飞行器的核心,掌握电推进系统的综合能效是飞行器与推进系统一体化设计的关键。该文提出电推进系统综合能效测量方法,设计并搭建一套包含电推进器动力系统、数据采集系统、控制系统和保护系统,且具有较强兼容性的电推进系统试验平台。基于试验平台对系列电动螺旋桨进行综合能效测试,获得电调、电机、螺旋桨的综合测量结果,结果表明其与理论计算结果相符,验证了测量方法的有效性。通过综合能效测量,为电推进系统的部件选型、性能匹配和飞行器与推进系统一体化设计提供依据。     

冰区航行船舶冰阻力及六自由度运动响应的离散元分析EI北大核心CSCD

冰阻力是冰区船舶航行过程中的重要影响因素,对船舶航行性能及航行安全带来严峻挑战。该文采用扩展多面体离散元方法建立冰船动力作用过程的三维离散元方法,基于船舶推进功率与推进力间近似关系,将螺旋桨推力、冰载荷、舵力及水动力等载荷分开考虑,开展恒功率破冰船六自由度非线性操纵直航冰阻力及运动响应计算。为验证该离散元方法的可靠性,对比了碎冰区DUBROVIN及平整冰区LINDQVIST冰阻力公式计算结果。基于船舶在不同主机推进功率及复杂冰况下的直航冰阻力计算结果,展开对船舶破冰航速的影响因素分析。在此基础上,给出了船舶垂荡、横摇、纵摇等冰区船舶运动响应模拟结果和极地船舶运动响应预报结果,最后对碎冰及平整冰区船舶冰阻力及运动响应展开了对比分析。该方法可有效计算船舶冰阻力,其模拟结果可为冰区船舶运动响应及航行安全预警提供重要参考。     

破冰船在层冰中运动的数值模拟方法

为研究破冰船在层冰中运动的特点与海冰的破坏方式,该文建立了包含冰载荷、敞水阻力、螺旋桨推力与舵力的六自由度动力学方程。考虑海冰的弹性弯曲对破冰力的影响,引入海冰的二次断裂与动态弯曲破坏准则,提出了更加精确、完善的船-冰动态接触模型。在此基础上,对瑞典破冰船Tor Viking Ⅱ在层冰中的直航与回转运动进行了数值模拟,并与全尺寸试验数据对比,验证了数值模拟结果的合理性。结果表明:模拟运动轨迹与真实运动轨迹相符,最大回转直径的相对误差仅为3.32%,因此本文建立的数值模拟方法能够真实地模拟破冰船在层冰中的运动。     

用面元法预报吊舱推进器水动力性能

面元法的各个环节有不同的数值处理方法，不同的方法计算结果有所不同，通过时各种方法的计算结果进行比较，得到适合螺旋桨计算的数值处理方法。用面元法时吊舱螺旋桨的水动力性能进行了计算，得到了吊舱推进器的敞水曲线和轴承力。     

失效测点影响下极地船舶结构冰载荷的有效识别方法

冰载荷是极地船舶在冰区航行时受到的一种极端环境载荷,而对船体结构的现场监测是研究冰载荷的重要途径。一般通过在船体结构上安装应变传感器直接测量冰载荷引起的应变响应;采用影响系数矩阵法根据应变响应反演识别冰载荷。然而当应变传感器无法正常工作时,识别结果的准确性将难以得到保障。通过对典型极地船舶舷侧板架结构的有限元分析,研究了测点失效对识别结果的影响。基于对“天恩号”多用途冰级船实测应变数据以及典型极地船舶舷侧板架结构有限元应变数据的深入分析,确定了测点应变的空间分布规律,并进一步提出了失效测点影响下基于最小二乘拟合的冰载荷识别方法。在此基础上,较为准确地识别出7种典型工况下的冰载荷,大幅降低了识别误差,最终验证了该方法的有效性。     

冰介质爆破特性实验研究

迄今 ,由于缺乏对冰介质爆破特性的了解 ,黄河防凌爆破仍停留在局部经验阶段。本文对冰介质的力学特性进行了实验研究 ,并测定了部分力学特性。结果表明 ,在爆炸载荷作用下 ,冰介质呈现明显的脆性变形 ,并且其抗压强度是抗拉强度的 3～ 6倍。通过 -2 5℃气温条件下冰介质中标准爆破漏斗试验 ,求得炸药单耗为 83 0 g/m3,与爆破中软岩石的炸药单耗相当。     

冰介质爆破特性实验研究

迄今 ,由于缺乏对冰介质爆破特性的了解 ,黄河防凌爆破仍停留在局部经验阶段。本文对冰介质的力学特性进行了实验研究 ,并测定了部分力学特性。结果表明 ,在爆炸载荷作用下 ,冰介质呈现明显的脆性变形 ,并且其抗压强度是抗拉强度的 3～ 6倍。通过 -2 5℃气温条件下冰介质中标准爆破漏斗试验 ,求得炸药单耗为 83 0 g/m3,与爆破中软岩石的炸药单耗相当。     

金属橡胶减振器在机载光电吊舱复合减振系统中的应用

为减小载机角振动对光电吊舱成像质量的影响,应用金属橡胶作为隔振元件研制出两种能限制一定自由度的小型金属橡胶减振器,分别嵌入光电吊舱内、外框架减振系统中设计了两级减振系统,从原理上实现了3个方向无角位移隔振。依据振动理论获取了两种减振器轴向、径向刚度和阻尼比等参数并采取特殊工艺制备了金属橡胶减振器。应用ADAMS/Vibration模块对光电吊舱减振系统进行了仿真分析,分析结果显示光电吊舱减振系统固有频率为17Hz左右,角振动幅值最大值为0.0011,并且当频率大于25Hz时,角振动幅值趋近于零,分析结果表明该减振系统对25Hz以上的角振动可以起到很好的抑制作用。最后通过振动试验验证了仿真结果的正确性,与实际测量结果相比,仿真计算结果误差不超过10%,说明光电吊舱减振设计是成功的。金属橡胶减振器在光电吊舱上的成功应用对于光电吊舱振动隔离技术有着重要的意义。     

考虑初始缺陷的平整冰-锥体结构碰撞数值模拟

基于非线性有限元数值方法,对含初始缺陷的平整冰与锥体结构碰撞场景进行了模拟。将标记为初始缺陷的实体冰单元从平整冰模型中删除,并将黏聚单元插入到实体冰单元之间。在实尺度下对平整冰与锥体碰撞场景进行了数值模拟,分析了平整冰的断裂破坏模式并预报了锥体所受冰载荷,并将数值模拟结果与不考虑初始缺陷的数值模拟结果进行了比较。分别分析了初始缺陷分布位置和含量对锥体所受冰载荷的影响。结果表明,初始缺陷对于平整冰的断裂破坏模式和冰载荷均有重要的影响。     

应用于新型飞艇的塑料

英国Aerospace Developments公司接受了委内瑞拉Aerovision公司22架软式飞艇的制造定货,确定使用瑞士Ciba-Geigy公司的大量塑料航空材料。一号飞艇的建造计划在1977年末开始,该艇艇身直径为14米,长50米。Ciba-Geiay公司的复合材料将使用在垂直安定面、推进器、推进器导管、吊舱及飞艇的系留锥体上。垂直安定面采用非金属蜂窝结构,由纤     

基于原型测量的极地航行船舶船体冰载荷分析

船体与海冰碰撞引起的冰载荷一直是破冰船领域研究的重点。根据S.A.AgulhasⅡ号极地科考补给船在南极海域的原型测量数据,利用影响系数矩阵法和反演法对船体艉肩部的冰载荷进行分析。通过肋骨上不同应变传感器测得的剪应变,在MATLAB中利用系数矩阵转换,得到了不同肋骨上的冰载荷。通过建立艉肩部有限元模型,采用两种不同的离散方式对载荷区域进行离散,并利用Tikhonov正则化求解反演方程,得到外板的冰载荷分布。克服了数据处理过程中解的不适定性,使得两种方法得到的计算结果也极为相近。     

覆冰导线机械式冲击除冰模拟研究

采用ABAQUS有限元软件建立覆冰导线有限元模型,利用用户材料子程序VUMAT定义覆冰本构模型和删除破坏单元,实现冲击载荷作用下导线除冰过程的模拟。覆冰采用多孔弹性模型,并考虑温度和孔隙率对其力学性能的影响;引入拉伸破坏准则判断覆冰的破坏。对不同档数、档距、覆冰孔隙率、覆冰厚度、除冰时的温度、冲击载荷大小等情况下除冰过程的模拟分析表明,较小范围温度的变化对除冰率的影响很小,而其它因素对除冰效果的影响明显,在设计机械式冲击除冰装置时应予以考虑。