缆控布放大型载人潜器冲击过程影响因素分析

为了对大型载人潜器下潜拉动缆绳瞬间引发的张力冲击过程进行研究,并分析相关因素的影响规律,采用集中质量法进行缆索系统建模仿真,得到缆绳张力和潜器速度变化过程.结果 表明,潜器垂向附加质量、全排水量和缆绳弹性模量对缆绳冲击张力均具有影响,但前者影响微弱,后两者影响程度较强.这3个因素均不会显著改变潜器运动特性,潜器始终处于低速状态.减小缆绳弹性模量是降低冲击张力较为可行和有效的办法.     

基于面元法及有限元法耦合的螺旋桨强度计算

为了保证螺旋桨具有足够的强度,使其在正常航行状态下不至于破损或断裂,提出了一套新的螺旋桨强度预报方法,其要点是将流体力学中的面元法和结构动力学中的有限元法相结合,进行螺旋桨强度预报。通过40个实桨的静强度计算,给出民船螺旋桨静强度校核的安全系数,为预报方法的实用化奠定了基础。计算结果也为后续的民船螺旋桨设计提供了借鉴和参考。     

拖曳球体尾流效应内波表现特征及其产生机理研究

采用PIV技术对分层流体中拖曳球体尾流及内波的流场进行了测量,捕捉到了清晰的尾流效应内波的流场图像。尾流效应内波不规则,有一定的随机性,迟于模型出现,呈"V"字形,波长较短,且不随内傅氏数明显变化,与体效应内波特征差异明显。通过对尾流激发内波过程的分析,发现尾流效应内波与尾涡结构紧密相关,试验测量的内波波长与St数决定的涡间距吻合,验证了尾涡激发内波是尾流效应产生内波的一种机制。     

拖曳体内波尾迹水下/水面波流特征试验研究

内波水面效应对于水下航行体探测具有重要意义，目前关于水下航行体内波尾迹水面特征的相关研究还较少。本文介绍了在大型分层流试验水池中同时开展的以研究内波尾迹特征及其诱导的水面流动特征的拖曳体内波水下/水面尾迹特征试验研究。研究采用电导率仪阵列测量拖曳体(SUBOFF)水下内波波高场及其随时间变化，采用基于光学粒子图像互相关分析的流场测试方法测量拖曳体激发内波诱导的水面流场，并定量分析拖曳体激发的内波波长及其扰动引起水面流动的波长。研究表明：所采用的水面流场测量方法可以测量水面mm/s低速流动。在低傅汝德数Fr_i下(Fr_i≤2.14)，分层流体中拖曳体水面尾迹特征主要受水下体效应内波影响，其水面尾迹波长及传播速度与水下内波的波长、传播速度基本一致；随着Fri的增加(2.14≤Fr_i≤3.42)，在水下尾流效应内波逐渐增强，但在水面流场未见明显尾流效应内波影响；随着Fri的进一步增加(3.42≤Fr_i≤10.27)，水下呈现出明显的尾流效应内波特征，由于表面波效应增强，水面流动主要表现为Kelvin波特征。     

内波的相似律及其实验室量化模拟关系

弄清内波的相似律和实验室量化模拟关系,是内波缩比模拟试验研究实用化、解决实际海洋中内波相关科学问题和工程问题的前提.本研究从流动的力学相似条件出发,梳理了内波的相似原理,采用内波预报模型分析了分层结构和分层密度差对内波特征的影响,阐明了分层结构相似是内波相似的必要条件,还分析了内波和表面波相似律的制约关系.实验室中分层密度差一般远大于实际海洋跃层的密度差,内波和表面波相似律不能同时满足,缩比实验模拟结果须根据内波和表面波的特征分别按各自的相似准则换算.     

缆控布放大型负浮力潜器稳态仿真

采用集中质量法建立缆绳稳态分析模型,对不同海流、潜器负浮力和推进器推力下的缆索系统进行了仿真分析.结果表明,高海流环境下潜器的水下偏移距离可达数百米.在大深度布放时,缆绳受到的海流力远大于潜器的受力,潜器阻力优化对提高布放精度的改善有限.增大负浮力可显著减小水下偏移量,但是随着负浮力的增加,其效益递减.潜器偏移量随着推进器推力的增加线性减小,通过插值得到了回到布放点所需的推进器推力,作为推进系统的设计输入.在推动潜器回到布放点的过程中,缆绳张力变化微小,垂向距离海底高度始终在30m以上,具有较大的安全范围.     

基于体积力的海水自流循环系统流速确定方法

[目的]为优化和比较海水自流循环系统中关键部件的多种设计方案,需建立一种能对自流循环系统流量进行快速计算的方法。[方法]采用RANS方法结合SST k-ω湍流模型开展某艇海水自流循环系统的数值模拟。用体积力代替主要部件进行数值分析,提出一种利用系统特性曲线与部件性能曲线求交点的方法确定海水自流循环系统的流速点。[结果]通过比较体积力法与部件实体加艇体的联合计算方法得到的工况点,验证了体积力法计算的准确性,从而确定了海水自流循环系统的流速;体积力法较实体联合计算法更简便、计算量更小,更适用于系统部件的多方案仿真分析。[结论]体积力法可简化数值仿真计算,可为预报实艇海水自流循环系统的流速和流量提供参考。     

水下航行器内孤立波载荷形成机理数值模拟研究

弄清水下航行器内孤立波载荷形成机理是分析内孤立波对航行性能影响和控制研究的基础和前提。采用数值模拟方法深入分析模型位于内孤立波波面上方、穿越波面、位于波面下方3种情形下,模型受内孤立波流场水动力作用和分层密度差静力作用过程,对比不同潜深时纵向力、垂向力和俯仰力矩特性差异。研究表明,穿越波面的情况下,模型所处的流体密度变化,起了决定性作用,垂向力比纵向力大一个量级;穿越波面时,艏艉浮力不平衡,俯仰力矩有极大值和极小值出现;模型始终位于波面上方或下方时,受内孤立波流场的影响,其水动力性能也产生了明显的变化。     

分层流体中拖曳球体尾流及辐射内波试验研究

在大型分层流水池中采用 PIV 方法对跃变分层流体中小球尾流场进行了测量,获得了不同拖曳速度工况下跃层处的尾流及内波流场,对体效应稳态内波和尾流效应非稳态内波的特征有了形象直观的了解,获得了内波流场速度大小随内傅氏数的变化规律。     

基于流固耦合相互作用的复合材料螺旋桨性能研究

开展复合材料螺旋桨流固耦合相互作用分析,为复合材料螺旋桨设计提供思路,有利于进一步提高螺旋桨的性能。文章进行了螺旋桨二维弹性剖面静力学分析,进而对不同几何复合材料桨叶的流固耦合作用特性做了数值计算比较研究,在此基础上,通过与对应的刚性螺旋桨的比较计算分析,研究了在多工况下的复合材料螺旋桨水动力性能影响,探索了在来流变化过程中复合材料螺旋桨的振动性能。文中研究得出了一些有意义的结论,为复合材料螺旋桨设计及应用奠定了基础。