弹性回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真方法分析三维弹性回转体的入水问题,分析不同厚度的回转体的砰击压力峰值的变化规律;讨论以一定初速度入水时结构弹性模量对砰击压力峰值的影响;分析了砰击压力峰值随初速度的变化规律.计算结果发现,弹性回转体的砰击压力峰值随厚度、弹性模量以及速度的增加而增加.提出了随结构厚度、弹性模量和初速度变化的弹性回转体砰击压力峰值的预报公式.     

运输型载人潜器的阻力数值预报

首先对Myring型回转体的阻力数值计算方法进行了讨论。其中着重对回转体周围控制域的网格离散方法及湍流模型的选择进行了讨论。将回转体数值计算得到的结果与实验值进行对比,选出适合的湍流模型,同时验证了计算方法的可行性。其次应用之前提出的数值计算方法,对某型载人潜器的模型进行阻力数值计算,得到相应的阻力系数。最后通过换算得到实艇阻力,并绘制了实艇的有效功率曲线。研究表明,相比于k-ε模型,k-ω模型能更好地计算Myring型回转体的阻力,并且在高雷诺数下有较高的精度,更适宜目标潜器的阻力预报。从目标潜器模型的直航阻力入手,对实艇的阻力进行预报,最后得到其有效功率,为该载人潜器的动力、控制等系统的设计提供了参考。     

水下回转体微气泡减阻方案设计

通过数值计算方法,模拟回转体在水下的航行,分析回转体周围流场、压强及其壁面上阻力的分布,并根据计算结果为该回转体设计了有效的微气泡减阻方案.     

自然空化流动数值模拟中参数取值影响的研究

探索了应用商业软件Fluent6.2进行自然空化计算的方法.通过设定不同气核质量分数对半球头回转体的自然局部空化作了模拟,研究了气核对自然空化计算结果的影响.通过设定边界湍流参数计算了平头回转体的自然超空泡,研究了湍流参数设定对自然空化计算结果的影响.通过对圆盘空化器的超空泡计算,得出结论:气核含量主要影响超空泡尾部形态,湍流参数主要影响空泡尺度.多个算例的计算结果与相应的实验结果以及经验公式计算结果进行了比较,符合良好.     

回转体空泡绕流现象的数值模拟

利用FLUENT 6.0流体动力学计算软件对轴对称回转体的自然空化现象进行了数值模拟,得到了不同头型和不同空化数下的回转体周围空泡绕流流场和体积分数分布.计算结果与其他研究人员的计算与试验结果比较吻合,说明利用FLUENT 6.0软件可以较好地模拟空泡绕流现象,能够正确反映空泡外形随空化数变化的规律,并且能够较准确地捕捉到空泡尾端回射流现象.     

复杂回转体数学表示方法

非对称结构的复杂回转体广泛应用于水下潜器.为了提高自动化设计效率,本文在对布置需求进行分析的基础上,采用椭圆簇函数表示回转体截面曲线.同时结合约束条件及总布置的要求,建立方程组.并对方程组进行数值求解,求得满足总布置和排水量要求的数学线型.最后结合水动力性能数值模拟技术,将求得的回转体与SUBOFF的阻力性能进行对比,以验证求得的回转体的水动力性能优良,能满足工程实际需求.     

回转体三维绕流场数值计算

提出一种满足主尺度和均衡条件的水滴形潜艇回转体数学描述方法，借助采用k-ε湍流模型和有限体积法来求解RANS方程的方法，对用该数学描述方法生成的一种回转体模型进行了数值模拟计算；采用两层壁面模型，以便在近壁区域采用精细网格来模拟回转体边界层内的流场流动特征。同时，对文献[1]给出的一种回转体模型也进行了数值模拟计算。给出了回转体表面压力系数纵向分布，计算了多种来流速度时不同横剖面处的速度以及表面摩擦阻力系数分布曲线，并与有关文献给出的实测值和计算值进行了比较，证明其分布趋势基本一致，而且与实测值更加接近，从而为水滴形潜艇流场计算和阻力预报提供了一种有效的计算方法。     

回转体艇型阻力近似计算方法与试验研究

研究了试验设计和近似模型技术,确定了回转体艇型曲线的6个控制参数,根据系列回转体阻力数值计算结果,建立了水下航行器阻力近似计算的响应面模型及径向基神经网络模型。通过系列模型试验验证了多种近似模型的拟合精度,与工程估算方法以及CFD方法进行了比较。结果表明,4阶响应面模型及径向基神经网络模型精度远高于工程经验公式,能够正确反映艇型参数对阻力结果的影响,为后续艇型优化设计带来一定的参考价值。     

回转体空化研究现状及展望

针对水下高速运动回转体周围必然产生空化现象的问题,阐述了空化现象的主要负面影响,详细介绍了回转体空化实验装置、回转体水下空泡流和出入水研究进展及成果,简要分析了回转体空化研究的发展趋势。     

潜艇三维嵌套网格生成及流场的全椭圆RANS方程解

本文从潜艇流场计算的需要出发，提出了一套关于网格生成及数值求解三全维椭圆ＲＡＮＳ的方程的方法。并使用基于上述方法编制的计算机程序对某回转体模型和某型潜艇流场进行了数值模拟，得到了较为满意的结果。     

回转体进流段型线参数化设计及其表面压力计算

采用几何边界条件的待定系数法,推导出回转体进流段双参数型线表达式,再利用轴线分布源汇的线元法,将回转体轴上分布的源汇离散,计算得到节点处的源强,进而求得回转体型线的压力分布。相比其他方法,其数据输入简单,易于编程,计算量小,可快速输出压力计算结果。最后采用此数值求解方法计算了SUBOFF的前体段压力分布,与模型试验结果十分吻合,结果可信。     

超空泡回转体减阻特性研究

基于Fluent 6.0的气泡两相流模型对超空泡回转体的减阻特性进行了数值研究.内容包括:外形对阻力及超空泡形状的影响;超空泡控制;阻力系数随空泡数的变化规律;长细比对减阻率的影响.超空泡减阻机理的研究表明:超空泡不仅可以减小回转体的摩擦阻力,还可以减小回转体的压差阻力.在外形、长细比和空泡数以及工程可实现性等诸多因素中,存在着一个最佳组合,使减阻率最高.     

三维回转体入水砰击载荷预报

采用数值仿真的方法研究了三维刚性回转体的入水问题,分析了不同回转角度的回转体的砰击压力峰值的变化规律,并研究了以一定初速度入水时,结构质量对砰击压力的影响。计算结果表明,恒速下降时,砰击压力峰值随角度的增加而下降;初速下降时,随着结构质量增加,砰击压力峰值先急剧增加,然后区域平稳。最后提出了不同回转角度、不同质量系数的回转体在初速下降与恒速下降时砰击压力峰值的预报公式。     

回转体作垂荡运动时的二阶辐射势

本文给出了回转体二阶辐射势的远场表达式以及求解二阶辐射势的方法,并从远场表达式得出二阶辐射条件。作为一个例子,文中给出了圆柱体在不同水深中作垂荡运动时二阶辐射势和垂向力的数值结果。     

水滴型回转体带尾导管的水动力特性研究

过去在鱼雷型回转体上加尾导管的操纵性模型试验研究表明，尾导管使回转体的静稳定性显著降低，而DARPA的SUBOFF模型试验结果却显示，潜艇类回转体(主体)加尾导管(尾附件)对回转体的静稳定性没有不利的影响，而且还提高了回转体的运动稳定性。本文通过模型试验对水滴型回转体加尾导管的静稳定性以及导管的水动力特性进行了精细的研究，同时，结合CFD工具对回转体绕流进行的机理分析，得出了尾导管对主体静稳定性影响的基本结论：在有攻角的情况下，主体近表面的绕流特性主要由势伴流控制，当导管尺寸相对比较小时，尾导管的实际有效来流攻角与名义来流攻角符号相反，而产生不稳定的力矩，导致主体静稳定性反而下降。     

回转体后螺旋桨性能和推进因子的数值预报方法

本文采用带有κ-ε湍流模式的流线迭代法计算敞水螺旋桨和回转体后螺旋桨的性能，计算中采用涡轮机械中分析螺旋桨叶剖面出口流动方向和大小的方法，从速度和能量的角度来考虑螺旋桨对流体的作用，因此流体通过螺旋桨后能量的改变是预测螺旋桨性能的关犍。它要求计算螺旋桨叶剖面的出流角，出流角由可测量的理想出流角和实际流体引起的偏差角组合而成。一待出流角确定后即可得到流体经过螺旋桨后能量的改变，利用流线迭代法可算出螺旋桨与回转体组合体周围的流场，随之可确定螺旋桨的各性能参数。本方法对B470—12和B3—50系列螺旋柴的敞水性能进行了计算，还对一个数学回转体的自航试验进行了数值模拟，其结果同试验吻合良好。与巳有的回转体后螺旋桨性能的预测方法比较，本方法的优点在于不需在回转体尾部流场和螺旋桨性能之间进行迭代计算，从而大大地减少了计算量。     

泡状流中空化与激波相互作用的数值模拟

文章针对定常可压缩泡状流中回转体的空化绕流进行了数值模拟,在给定来流速度和环境压力的条件下,对不同含气率下的空化与激波的相互作用进行了研究。首先,对含气率为0的情形进行计算并同试验数据进行对比,证明所采用的计算模型是可信的。其次,改变流场含气率从0至0.5进行计算,结果表明,随着含气率的增大,流场的可压缩性随之增强,体现为数值模拟得到了回转体绕流流场的3种波系,包括回转体头部处的脱体激波、分离面处的膨胀波和空泡尾端的斜激波。而空化与激波的相互作用则体现为:头激波削弱了空化效应,使得空化区域减小;由于空泡外形的影响,使得空泡尾端出现了斜激波;含气率超过一定值,空泡已经无法闭合在物面上,而是闭合在空泡尾端的激波面上,体现为空泡尾端壁面逆压梯度趋于平缓。计算结果揭示了泡状流中空化与激波相互作用的新的物理现象。     

回转体-螺旋桨组合体之推力减额的一个数值预测方法

作者把计算回转体绕流的Landweber方法推广到带有运转螺旋桨时回转体绕流问题的计算,导出了附加螺旋桨影响后的物面速度分布的第一类Fredh-olm积分方程。对该方程的迭代求解则用新的加速迭代公式替代常用的Land-weber迭代公式。通过对带与不带运转螺旋桨时回转体上压力差的积分可以得到推力减额。两条模型(分别在风洞、水池的试验)的数值例子表明:本方法的迭代速度要比Landweber迭代公式快,而计算得的推力减额和表面压差分布与试验结果的一致性很好,优于Huaug用Hess-Smith方法算得的结果。     

轴对称回转体的CFD分析及厚边界层理论计算

本文采用CFD计算技术和厚边界层理论的积分法,对轴对称回转体周围的绕流场速度分布、表面压力、摩擦阻力系数以及边界层厚度分布进行了数值分析计算。本文提供了两种方法的计算结果,并与有关文献给出的试验结果进行了比较和验证。对比表明,计算结果和试验结果的趋势基本一致,在一定程度上验证CFD方法和厚边界层积分法的有效性和可靠性。     

聚合物外流降阻研究

对于长为3.0米的平板和5.463米的回转体,在Reynolds数为3.0×10~6～5.4×10~7范围内进行了缝喷降阻聚合物溶液的阻力试验和壁面浓度的测量,所获得的最大摩阻降低率分别为45％和39％。 对于长为4.0米的回转体配五叶螺旋桨在喷液下进行了自航试验和船后螺旋桨的噪声测量。测试结果表明,推力减额t略有增加,伴流系数w减少,船后螺旋桨的噪声在频率为5～40kc频谱范围内约有1分贝的降低。本文导出了缝喷回转体的剪切微分关系式,并对长为5.463米的回转体进行了缝喷降阻计算,计算表明理论结果与试验结果比较吻合。