水中化学羽流的建模和数值模拟分析

建立了一种新的基于计算流体力学的离散化学羽流模型。该模型使用CFD方法比较精确地计算化学羽流所处的湍流环境,而化学羽流中所含的物质则作为离散相进行建模。利用所建模型对水中的化学羽流进行数值模拟分析,得到了化学羽流的基本特征:化学羽流整体的输运形态曲折蜿蜒;羽流某点的瞬时浓度随时间不断的变化,变化幅度较大且不规则;一段时间内截面的平均浓度分布具有高斯分布的特征。所得结果与实验研究结果一致,验证了模型的合理性,克服了现有模型过于简化而与实际结果一致性差的不足,为羽流追踪探测的研究提供了基础。     

加肋圆柱壳参数化建模与稳定性分析

加肋圆柱壳是鱼雷以及水下航行器较常采用耐压壳体形式。壳体除需满足一定的强度要求外,稳定性也是十分重要的一个方面。本文采用参数化建模的方法,利用ANSYS中的梁、壳单元,使用组合建模的方法进行加肋圆柱壳的建模,在保证足够精度的同时简化了建模减小了计算量。使用APDL语言编制了加肋圆柱壳的非线性屈曲分析程序,对稳定性进行了分析,并与理论计算的结果进行了比较。结果显示此方法具有较高的精度,具有实际应用价值。     

一种混合动力水下滑翔机的操纵性研究

混合动力水下滑翔机是一种加装了鳍舵和螺旋桨推进系统的新型水下滑翔机.为了验证混合动力水下滑翔机的总体性能,研究了其在海洋环境中不同工作状态下的操纵性.混合动力水下滑翔机除可进行无动力滑翔外,为了提高运动性能,提出了2种混合工作模式,即有动力推进时结合重心调节与无动力滑翔时结合舵操作.根据动量和动量矩定理建立了水下滑翔机的空间运动数学模型和海流动力学模型,对不同的工作状态进行了仿真.结果表明,混合动力水下滑翔机的无动力滑翔与有动力推进的转换过程具有良好的操纵性和稳定性,但在进行无动力滑翔时易受海流的影响发生偏移,混合工作模式效果良好,具有可行性.     

复杂不规则海域下固定翼无人机覆盖搜潜路径规划

针对使用固定翼无人机（F-W UAV）进行大范围海域潜艇快速检查覆盖搜索的问题,提出复杂不规则凹多边形区域凹点选择性移除方法的Dubins曲线搜索策略。建立UAV搜索探测代价的数学模型,结合F-W UAV的转弯特性,在传统UAV对凸多边形区域进行覆盖检查搜索的方法基础上引入Dubins曲线轨迹法。针对不规则凹多边形区域,为避免对所有凹点的“暴力”移除,提出改进的凹点移除法,将不规则凹多边形区域处理成规则的凸多边形区域。设计了复杂边界区域中UAV覆盖搜索策略对比验证实验。仿真结果表明,对多边形区域边界进行凹点处理和沿跨度搜索方向进行Dubins曲线搜索的方法可使检查覆盖搜索的无效航行代价大幅降低,可为高效搜潜提供理论支撑。     

爆炸物中炸药成分渗出机理

爆炸物中炸药成分的渗出机理研究是开展爆炸物化学痕量检测技术的基础。根据爆炸物渗出的主要化学成分、渗出到环境中的途径以及在聚合物材料中溶解-扩散解吸的基本微观过程,对爆炸物中炸药成分的渗出机理进行了初步的理论分析,并基于Fick定律建立了渗出的基本数学模型。研究表明,该理论研究可有效弥补试验研究的不足,可为后续化学探测的研究提供依据。     

近场水下爆炸气泡与目标尺寸匹配关系研究

为了探究不同尺寸结构与气泡的相互作用机理，开展了2.5 g TNT在边长为20 cm、40 cm和70 cm固支方板底部15 cm处起爆的水下爆炸实验，通过观察实验高速录像以及传感器测得的压力数据结果得到：板的尺寸过小时，气泡在膨胀过程中会与空气接触，使得气泡脉动过程终止。为进一步探究爆炸气泡与目标尺寸的匹配关系，采用Abaqus软件中的CEL算法，固支方板以拉格朗日网格建立，其余部分以欧拉网格建立，对近场水下爆炸气泡的动力学行为以及压力数据进行数值模拟，通过将仿真结果与实验拍摄到的气泡现象与测得的压力时程曲线做对比验证了仿真方法的可行性。以爆炸深度除以最大气泡半径为比深度，以板的边长除以最大气泡半径为边长，接着开展了板边长为0.455到3.182倍最大理论气泡半径、爆距为0.455到1.136倍最大理论气泡半径的系列仿真。仿真结果表明：随着板尺寸的减小，气泡越容易提前溃散；以无量纲板尺寸和无量纲爆深为变量给出能否形成一个完成气泡脉动的分界函数；爆距与板尺寸距离分界线越近，气泡脉动结束时间越早。     

TNT装药渗出过程的数值模拟

根据溶解—扩散—解吸的基本微观过程，基于Fick定律和双膜理论建立了TNT装药渗出的数学模型。利用该模型对一维情况下水下及空气中爆炸物装药主要成分TNT通过橡胶材料的渗出过程进行了数值仿真，得到了材料内不同时刻的炸药浓度分布以及稳定后炸药渗出的扩散通量，仿真结果与文献［8］中的实验数据吻合，验证了该模型的合理性。对炸药的包覆材料厚度及外围介质等影响渗出的主要因素进行了仿真分析，结果表明TNT炸药在水中比在空气中更容易渗出。     

具有强抗偏移及轻量化特性的电场耦合式无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统中的接收机构体积大重量大和系统抗偏移性能差的问题,文中基于电场耦合技术提出一种具有强抗偏移及轻量化特性的无人机无线电能传输系统。首先,分析无人机这一特殊应用对象的耦合机构设计要求,在此基础上提出一种新型电场耦合机构,并从电场分布、端口模型和耦合性能3方面对其开展针对性研究。然后,基于LCLC-CL谐振补偿网络完成传能拓扑设计,并对系统进行建模分析研究。最后,搭建实验系统,从系统电能传输能力测试、抗偏移性能测试等方面验证所提出方案对无人机实施无线传能的可行性和有效性。实验结果表明,接收装置易安装重量轻,系统传输功率223.3W,整机效率80.6%,且接收极板在发射极板上方区域内任意移动时输出功率和效率基本恒定。