水下航行体引起海底压力变化的计算方法

针对水下航行体近海底和近水面运动的不同特点，应用船舶水动力学理论，建立了细长体和回转体引起海底压力变化的数学模型，并对典型艇体的海底压力场进行了计算；研制了高精度的水底动压测量系统，理论计算和实验结果具有较好的一致性．研究表明，水下航行体的压力场特征明显，可用于发现和识别水下运动目标．     

表面波引起的水底压力脉动

依据研制的表面波和水底压力联合测量系统，对舰船兴波、规则波、非规则波和舰船在波浪中航行的水面波形以及它们在水底引起的压力脉动进行了测量，初步分析了表面波与水底压力脉动之间的关系．实验结果表明，规则波与水底压力变化曲线峰谷对应，规则波引起的水底压力脉动与理论计算结果一致；非规则波在水底引起的压力变化频率降低、周期变长，两者之间的峰谷对应并非完全一致；亚临界航速条件下舰船兴波波形与水底压力曲线之间的对应关系差别较大，而跨临界或超临界航速条件下则有所改善。     

基于水动力系数敏感性指数的水下航行器运动方程简化研究

针对水下航行器操纵运动方程,引入水动力系数敏感性指数的概念.选取了2种典型运动形式进行仿真计算,对某水下航行器水动力敏感性指数进行了合理分级,并以此为根据对水下航行器操纵运动方程进行了简化.对比结果表明,采用仿真计算的方法研究水动力系数与水下航行器操纵性的关系及运用敏感性指数评估水动力系数对操纵性的影响不失为一条可行的途径.     

水下超高速航行体非线性鲁棒控制器设计

水下航行体在高速运动时,其表面大部分被空泡包裹.航行体尾部与空泡壁的相互作用力的存在使航行体模型具有较强的非线性.文中将基于反馈线性化的非线性鲁棒控制策略应用于水下超高速航行体纵向运动控制.反馈线性化可以实现航行体动力学模型的非线性解耦,得到系统精确线性化模型.针对线性化模型设计系统鲁棒控制器,解决由于模型不准确、参数摄动等引起的鲁棒性问题,仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器是有效的.     

水底涡压力场的计算与分析

水底涡主要是由于海流绕过海底凸起物后形成的,经扰动,旋涡脱体,随水流动.计算结果表明,水底涡的速度分布规律与龙卷风速度分布规律相同,在水底引起负压分布,其分布规律与舰船水压场类似,难以滤除,很容易引起水压引信误动.     

回转体尾部形状对导管螺旋桨的水动力性能影响分析

不同的水下航行器尾部线型的差异不仅会表现出自身不同的水动力性能,而且由于尾部线型的不同,也会引起尾部螺旋桨附近的流场发生变化,进而影响螺旋桨的推力性能.本文以尾部安装了导管螺旋桨的Myring型回转体水下航行器组合模型为分析对象,以计算流体力学为手段,通过调整回转体线形的控制参数尾部离去角来改变尾部外形,计算了不同航速下,4个不同尾部外形的回转体阻力与设置在回转体尾部的导管螺旋桨推力状态的变化,分析了尾部曲线形状对于导管螺旋桨推力性能的影响,并结合回转体自身的水动力性能变化,针对不同航速下的回转体尾部线型的选取提出了优选方案.     

帆船VPP与最佳航线研究模型的建立与实现

航速预测是通过建立帆的风动力与船体的水动力方程而求得帆船在各种航行状态下的速度.帆船最佳航线是以VPP为基础,以航行时间最短为目标函数求得各条航线上的航行时间.文中介绍了van Oossanen VPP结构及两种计算的模式,并进行了计算过程及计算结果分析.基于上述VPP计算结果,运用多项式回归以及函数求偏导数的方法求得航行时间,取得最小值对应的φ1,φ2的值,即帆船的最佳航线.计算结果为:在各种不同风速下,φ1=40°,φ2=41°时,与运动实践相吻合.     

回转椭球体可压缩流动数值计算

基于细长体理论和逐次近似计算方法,对水下运动的回转椭球体可压缩流动进行了数值模拟.通过迭代计算得到流动压缩因子,用于确定可压缩流动流场.分析了相同的回转椭球体在不同介质中的临界马赫数以及相同来流马赫数下不同介质中压缩性影响程度.计算结果与相关资料数据进行比较,具有较好的一致性.     

水下隧道开挖面三维渗流场解析及涌水量预测分析

开挖面前方地层水压力及渗水量值是水下隧道工程重要参数,也是开挖面支护力设计、超前堵水加固参数设计的重要指标. 针对以往二维渗流模型分析水下隧道开挖面前方三维渗流场的局限性问题,首先,建立考虑开挖面前方渗流等势面为空间曲面的水下隧道三维渗流解析模型;其次,推导以开挖面所在平面为分界线的全部未开挖区半地层空间的水头分布函数,得出开挖面渗水量及前方地层孔隙水压力计算公式;最后,分析超前加固厚度、土体与超前加固渗透系数相对值等因素对开挖面前方水压力及渗水量的影响. 分析结果表明:与以往考虑开挖面正前方为二维渗流场的理论模型相较,三维解析模型能更好地反映开挖面前方空间渗流形态,且涌水量与水压力计算结果误差在5%以内;当掌子面前方加固范围为2倍洞室直径,超前加固区与地层相对渗透系数取值50,为安全合理的超前堵水加固参数.      

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.     

渡海登岛作战车辆技术保障问题研究

分析了渡海登岛作战保障工作的特点,从技术防护、战损抢修、人员培训、维修设备及保障机制等方面对登岛作战中车辆的技术保障工作进行了深入分析,并提出了相应的对策。     

高速列车底部空气流动特性对转向架区域积雪的影响

针对高速列车转向架区域的积雪问题, 建立了包含精细化转向架的列车空气动力学模型; 采用分离涡模拟方法, 对运行速度为350 km·h-1的高速列车周围空气流场进行了模拟, 分析了空气流场特性对车底与转向架区域雪粒输运的影响; 提取了涡核线, 研究了转向架区域的涡流特征与雪粒输运的关系。研究结果表明: 车底气流主要由前后轮对后部向上翻转进入转向架区域, 绕轮轴形成旋转气流; 转向架底部区域涡量大于1 000 s-1, 涡流基本为纵向; 转向架顶部区域涡量小于200 s-1, 涡流基本为纵向; 转向架轮对与前后端墙的空隙处涡流多为竖向, 且后部轮对处的涡量较前部轮对处大5倍以上; 转向架内部区域涡量小于200 s-1, 涡流走向杂乱; 涡流的尺度、强度与走向特性反映出进入转向架区域的气流具有较强的挟带雪粒的能力, 而流出转向架的气流挟带雪粒的能力较弱; 头车下部区域负压较大, 车底与裙板两侧存在强度较大的涡流, 易卷起轨道积雪形成雪烟; 除头车外, 车底与转向架表面绝大部分区域壁面剪切应力小于1 Pa, 对应的摩擦风速小于0.9 m·s-1, 沉积的雪粒不易被内部气流剪切走。      

双销式江海直达顶推船组(队)的减阻设计研究

双销式江海直达顶推船组(队)的减阻问题是一个值得探讨的研究课题.为满足船组(队)的耐波性能,与推船联结的江海驳尾部通常设计成凹槽尾形,导致在联结区域产生较大的形状阻力.文中针对(1)江海驳尾部凹槽的长度区间;(2)推、驳联结区域的线型设计;(3)江海驳尾部凹槽的选形与加装导流板等方面开展船组(队)的减阻设计与试验研究.     

基于背门约束系统的车内低频轰鸣声控制

汽车背门一般通过铰链、锁销、缓冲块等约束系统安装和固定在车身上,其刚体模态振动与车内声腔声压耦合,是导致低频轰鸣声的主要原因.本文建立了背门振动-乘员舱声压的一维板-腔耦合声学解析模型,分析研究了边界约束刚度对板件振动速度响应及腔内耦合声压的影响规律,并进行了实车实验验证;通过调节锁销相对位移和缓冲块相对高度,解决了某车型低频敲鼓声问题.分析结果表明：在板件刚体模态振动下,腔内耦合声压幅值沿远离板件方向逐渐增大,且在声腔底部位置最大;板件振动速度相应及腔内耦合声压峰值幅值随边界约束系统刚度减小而降低;在低频轰鸣发生的20～30 Hz频率范围内,乘员舱前排位置声压峰值幅值比中排及后排位置大约8 dB(A),验证了理论分析结果的正确性;乘员舱内耦合声压峰值幅值随着锁销相对位置的增大和缓冲块相对高度的减小而降低,锁销相对车身向车尾方向增大2 mm或者缓冲块相对高度减小2 mm,可以使背门振动速度减小约0.002～0.003 m/s,前排声压峰值幅值降低3.5～14.8 dB(A).     

Sea keeping analysis of air cushion vehicle with different wave angles under the operation resistance

The air cushion vehicle (ACV) sea keeping characteristic under different wave directions with the operation resistance is discussed with the couples of the heave, pitch roll motion and the pressure of the cushion.In previous researches, only wave and cross wave direction were discussed. Then a Matlab program is made to calculate the united frequency responses of heave, pitch and roll amplitude of the craft, under different wave frequencies and different wave directions. The results of the research depict some dangerous situations under which the sympathetic vibration happens in heave, pitch and roll motion and the amplitudes are extremely higher than those under the ordinary conditions. These results will be helpful in ACV design and operation.     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

水下不分散混凝土柱受压性能试验研究

基于跨江、跨海、深水港工程的环境特点,工程中采用大量水下不分散混凝土材料,进行了水下不分散混凝土短柱的轴心和偏心受压实验,分析了水下不分散混凝土的破坏形态和承载能力.试验结果表明,水下不分散混凝土的抗压性能与普通钢筋混凝土的抗压性能具有相似的特征.     

Simultaneous localization and mapping of autonomous underwater vehicle using looking forward sonar

A method of underwater simultaneous localization and mapping (SLAM) based on on-board looking forward sonar is proposed. The real-time data flow is obtained to form the underwater acoustic images and these images are pre-processed and positions of objects are extracted for SLAM. Extended Kalman filter (EKF) is selected as the kernel approach to enable the underwater vehicle to construct a feature map, and the EKF can locate the underwater vehicle through the map. In order to improve the association efficiency, a novel association method based on ant colony algorithm is introduced. Results obtained on simulation data and real acoustic vision data in tank are displayed and discussed. The proposed method maintains better association efficiency and reduces navigation error, and is effective and feasible.     

舰船水压场实验的新方法

舰船水压场是舰船目标自身的特性之一.在压力直接测量法基础上,研制了舰船速度-压力场和舰船浪高-压力场套联合测试系统,建立了基于扰动速度和表面波高间接获取舰船水压场的理论反演模型,通过船模实验验证了所提出的2种方法效果良好.     

舰船水压场实验的新方法

舰船水压场是舰船目标自身的特性之一．在压力直接测量法基础上,研制了舰船速度一压力场和舰船浪高一压力场套联合测试系统,建立了基于扰动速度和表面波高间接获取舰船水压场的理论反演模型,通过船模实验验证了所提出的2种方法效果良好．