航行体出筒过程中弹翼横向偏移研究

针对某航行体减震垫弹筒匹配方案,建立减震垫变形模型,从而获得了带翼航行体水下垂直发射横向动力学计算方法。通过数值分析,研究了发射平台航速、减震垫刚度等对弹翼横向偏移、出筒姿态等的影响。结果表明,在各圈气密环处,弹翼的偏移不仅与发射条件相关,还与偏移的振荡频率有关。研究结果对航行体水下垂直发射总体方案论证具有指导意义。     

水下超高速航行体空化器流体动力特性数值研究

空化器是实现水下超高速航行体空泡生成及稳定控制的关键部件。论文建立了空化器流场数值计算模型,较为全面地研究圆盘型、球头型和开孔型3种型式空化器的流场特征,评估其升、阻力特性,通过可视化手段分析空化器流场细节,考察球头和开孔结构对空化器的影响。研究结果表明：圆盘型空化器在加装球头和开孔后其迎流面压力系数分布会改变,在凸出的球头处形成局部压力峰,而且在空化器球头处和背流面形成旋涡区,最终使空化器的有效升力减小。研究成果对超高速航行体流体动力性能研究及空化器部件设计具有重要参考价值。     

水下航行器排放冷却水温度分布特性研究

根据计算流体动力学理论建立了水下航行器排出冷却水形成热尾流的浮升规律的数学模型,采用有限体积法来离散求解三维湍流数学模型,对水下航行器排出热尾流的浮升特性进行了数值计算分析,得到了热尾流轨迹和热尾流温度场分布图像,将热尾流的试验结果与理论数值模拟结果进行比较,验证了模型的正确性。文中建立的水下航行器排放冷却水浮升模型可预测热尾流的温度分布特性和预先估计海面温度场分布状况,为红外探潜提供了理论依据。     

水下点火推进尾空泡振荡的研究

本文通过对水下航行体垂直发射出筒后尾空泡内点火推进过程的数值模拟研究,获得了其尾空泡演化的一般规律,并与相应的试验结果进行了对比;进而给出了燃气尾空泡周期性地膨胀、颈缩、阻滞、脱落的演化规律,以及与尾空泡内的压力振荡、喷管扩张段内激波前后移动的相关性。研究表明:水下航行体尾空泡内点火与空中点火、水中直接点火形成的燃气射流存在明显差别,水下点火推进同时会形成对水下航行体额外的振动激励;尾空泡收缩阶段,亚音速射流在尾空泡颈缩处膨胀加速,使尾空泡持续颈缩进而形成对燃气的阻滞作用,是形成尾空泡近似周期性形态演化、空泡压力剧烈振荡的主因。     

发射过程中导弹喷管降载方法研究

发射过程中工质气体从侧向进入发射筒作用在导弹底部,导弹发动机喷管上将承受较大载荷,针对该问题建立了发射筒底部三维非稳态流场的数值模拟方法,并利用试验数据对该方法进行了校验。数值模拟结果表明,发射用工质气体近乎集中的作用到喷管特定区域是导致喷管载荷较大的主要原因。本文提出了一种能够改善发射筒底部流场结构、降低喷管受力的降载装置。进一步的数值模拟结果表明降载装置可以使喷管所受的最大总力矩下降26%,试验验证结果表明所提出的改进措施能够有效降低喷管所受载荷。     

水下航行体垂直发射筒口压力场L/E耦合数值模拟

采用Lagrange结构网格和Euler流场网格(L/E)耦合的数值仿真方法,对潜射航行器出筒后筒口压力场进行三维数值仿真分析。计算模型考虑海水的横向来流和航行体出筒过程对筒口气泡脉动的影响。仿真计算获得了筒口压力场气泡脉动主要特征,试验与计算的2个主要压力波峰曲线形状基本一致。通过对比计算表明,考虑横向流作用可以有效减少筒口压力场计算偏差。本文的计算方法及结论可为发射筒口压力场分析提供有益指导。     

水下航行体垂直发射筒口压力场 L/E耦合数值模拟

采用 Lagrange 结构网格和 Euler 流场网格（L/E）耦合的数值仿真方法,对潜射航行器出筒后筒口压力场进行三维数值仿真分析。计算模型考虑海水的横向来流和航行体出筒过程对筒口气泡脉动的影响。仿真计算获得了筒口压力场气泡脉动主要特征,试验与计算的2个主要压力波峰曲线形状基本一致。通过对比计算表明,考虑横向流作用可以有效减少筒口压力场计算偏差。本文的计算方法及结论可为发射筒口压力场分析提供有益指导。     

环肋圆柱壳径向挠度测试新方法

对水下航行器加肋圆柱壳的受力及挠度变形规律进行研究,提出一个利用应变作为媒介测试服役中水下航行器壳板挠度的新方法。该方法通过在圆柱壳周向布置若干个应变传感器,即可由壳体应变获得壳体的径向挠度。设计验证挠度测试新方法的数值试验模型及方法,应用经典解析理论验证了数值试验模型的可靠性及方法的适用性;利用数值试验模型对所提出的挠度测试新方法进行"数值试验"验证。结果表明,利用该方法获得的目标数据具有较好的精度,能克服当前船厂常用挠度测试方法仅能在船台操作、需固定基准点和测量精度较低的局限性,特别适用于服役中水下航行器结构健康监测、安全评估所需的在线挠度测试。     

水下发射航行体空泡、气泡和自由面相互影响的理论研究

基于势流理论、细长体理论和奇点分布法,对水下发射过程中的航行体空泡、自由面和筒口气团的相互影响开展了理论研究。文中用一个奇点模拟气团、用沿轴线分布的奇点模拟细长体形状的航行体和空泡,建立了自由面影响下的气团和空泡相互耦合的动力学模型,提出了非定常流场中带气体泄漏现象的含气空泡的压力估算方法。实验结果验证了文中提出的模型的合理性。     

基于势流理论的尾空泡对航行体表面压力影响研究

航行体尾空泡状态及演化会对上游流场产生干扰,进而对航行体流体动力特性产生影响.本文基于势流理论,发展了适用于混合边界条件的二维轴对称边界元数值计算程序,在此基础上分析了稳态及非稳态尾空泡流场,获得了不同尾空泡状态对上游物面压力的影响规律,说明了尾空泡瞬态收缩过程对上游航行体物面压力的扰动机理,基于数值计算结合实验数据说明了压力扰动的衰减规律.     

基于数字散斑相关法的气密环变形测试研究

气密环作为新型发射装置的组成部分,其承压性能对保证导弹正常发射具有重要意义。为测试气密环的承压性能,获取其在一定压力下的变形情况,搭建了1套气密环承压性能试验装置。在此基础上,分别采用拉线位移传感器和基于数字散斑相关法的XCDIC测试系统对气密环变形开展测试研究。结果表明:基于数字散斑相关法的XTDIC系统适用于气密环形变测试;相对于弹体静止工况,弹体运动对气密环变形影响较小; XTDIC系统获取的全场连续变形曲线能够为气密环结构优化设计提供数据支撑。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

航行器水中运动数学模型及数值仿真

根据水下垂直发射航行器水中运动的特点,利用质心运动定理和绕质心的动量矩定理,推导建立航行器水中运动的运动学模型和动力学模型。采用Matlab软件中的ODE解算器,对建立的数学模型进行数值仿真,得到航行器水中运动的速度和姿态角。     

基于 CFD 技术某超大型复杂腔体流场数值研究

为研究复杂腔体内航行体在出筒过程中的燃气流场和腔体内部压力建立情况,采用计算流体力学方法和动网格技术,对航行体出筒过程进行数值模拟。将安置在腔体内的航行体作为运动实体,随着航行体的运动,相应的流场计算边界发生变化。计算过程根据当前时刻喷管内流场及燃气流场计算航行体受力情况,确定航行体在任意计算时刻的运动速度,并由相应的运动边界更新网格,计算新网格下的流场参数分布。计算结果与实验结果符合较好,说明文中方法能够有效地揭示航行体出筒过程中燃气流的动力特性,通过分析这些流动现象,为工程应用提供有意义的参考。     

升力型潜水飞行器水空动力学特性研究

水空两相介质物性的巨大差异为潜水飞机的水下潜航和空中飞行带来诸多难题,本文选择升力型航行器为研究对象,采用数值仿真手段研究其飞行和潜航动力学特性,模拟结果说明:在低速航行时,存在匹配的速度区间使得升力型航行器在空中和水下的各动力学参数随攻角的变化趋势相似并且数值相近,航行器获得相似的飞行和潜航环境;通过对水下高速航行的可行性的探讨,获悉升力型航行器不适宜在水下高速潜航,需采用变体方式改变构型来提高航行器的动力学性能。     

基于混合网格的水下航行器系统航行特性研究

水下航行器系统是包含主体、推进系统和其余附体的整体结构,其航行特性研究是水下航行器系统设计的重要内容.为研究水下航行器系统的航行性能和航行时的表面压力特征和流场特性,基于CFD方法,使用重叠网格和滑移网格相结合的混合网格技术对某自主研发水下航行器系统模型进行直接模拟.结果表明:水下航行器系统在不同大小的推力作用下,会表现出不同的航行性能,通过推力-速度曲线可以插值得到不同推力下的航行点;水下航行器在来流速度不同时其所受表面压力大小不同,但分布规律相似,且具有相同的流场分布特性.     

基于滑移网格的翼身融合水下滑翔机水动力性能研究

提高升阻比是实现水下滑翔机低功耗和远距离航行的重要手段之一。借鉴航空领域翼身融合布局具有的高升阻比特性，本文将其应用于水下滑翔机设计过程，并开展基于滑移网格的翼身融合布局水下滑翔机（blended-wing-body underwater glider,BWBUG)水动力性能研究。首先，开展约束模式下的数值仿真，并定量给出各水动力参数随攻角的变化规律，确定该水下滑翔机的最优航行攻角，探明最优攻角下BWBUG压力分布规律。然后，从压力分布、流线分布及升力分布规律三个角度，阐明翼身融合构型能够提升升阻比的原因。在研究过程中发现：翼稍涡存在会导致翼稍处压力骤变严重、流线紊乱形成涡流，阻碍BWBUG升阻比的提升。这也从侧面论证了BWBUG加装翼稍小翼的必要性。本文的研究可以为后期BWBUG的结构改进及外形优化提供参考。     

舰船密闭区域气密特性研究

舰船密闭区域是一种容积较大、结构复杂、内部空气需建立一定超压的特殊区域,设计要求密闭区应具有一定的气密性。采用圆管层流和孔板流2种流量计算公式推导了舰船密闭区域气密压降特性的2种表达式,表示了密闭区气密压降过程中压力和时间的变化关系,并通过了试验验证。介绍了密闭区流量平衡特性,推导出密闭区漏气量和超压的关系式。论述了圆管层流法和孔板流量法2种密闭区气密压降特性和流量平衡特性的参数转换方法,并进行了试验验证。结果表明,舰船密闭区域气密特性及其转换方法的研究,为密闭区域的气密性检验提供了技术基础。     

超空泡航行体运动过程尾部振荡流场试验研究

为了揭示超空泡航行体运动过程尾部振荡机理,文章采用试验的方法对超空泡航行体自由航行过程进行了研究。试验在水池中开展,采用高速摄影观察自由航行过程超空泡形态演化规律,采用压力传感器测量航行体表面压力,采用内测装置测量了航行体运动参数,获得了超空泡航行体运动过程空泡形态、压力和运动参数变化规律。试验结果表明,在航行体运动过程中,会出现尾部上下周期撞击空泡壁振荡现象,即为尾拍效应,表现为航行体撞击空泡壁瞬间,会形成非定常气液混合区域,相反侧则出现空泡透明区域。同时,稳定空泡内压力并非一定值,泡内压力和泡内空化数均在一定范围内波动,在尾部撞击空泡壁一侧,压力不断增大,出现压力高峰,相反侧则与稳定空泡内压力基本一致。     

DES模型在开放腔体圆柱壳入水空泡模拟计算中的应用及评价

基于混合介质雷诺平均N-S方程,对开放空腔圆柱壳垂直入水运动过程开展了数值研究,得到了压力场、速度场分布,空泡波动、闭合特征,空腔气体涨缩规律,以及流体动力变化规律,并分析了空腔结构在入水运动过程中对流场结构和流体动力的影响。结果表明:液体随气体涨缩同步进出开放端;开放端局部形成波动的压力源和周期性的压力场、速度场分布;入水空泡呈现波动形态,其扩展程度与开放端液体流速相关;空泡内形成气体漩涡,随空腔涨缩往返进出空泡,对空泡闭合具有抑制作用;流体动力呈波动变化规律,频率与气体涨缩频率一致,幅值与气体涨缩程度成正比。开放空腔结构在入水过程中空腔内气体发生涨缩运动,对流场结构和流体动力产生周期性扰动作用,在一定程度上可以减缓冲击、维持空泡及运动的稳定性。