超空泡航行器流体动力仿真

利用超空泡技术来突破水下航行器的速度屏障.超空泡航行器在水下运动时,其大部分表面被超空泡包裹,构成了一种新的流体动力布局,运动模式完全不同于常规航行器,其受力状态也极其复杂.为了进一步分析超空泡流场中航行器受力特性,先描述了超空泡形态,分析影响超空泡变形的主要因素,然后对超空泡流场中的航行器出现的流体动力进行分析,并且对流体动力进行线性处理.本研究结果有利于航行器运动特性分析.     

水下航行体通气超空泡的实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究.采用通气的方法在较低水速下(V=7-15 m/s)生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗洛德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,给出了通气空泡长度与通气率及弗洛德数的经验公式.研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,空泡长度一定时,通气率随弗洛德数的增加而减少;重力场造成了空泡形态的严重不对称,通过比较相同空化数下自然空泡与通气空泡的长度,定量地给出了弗洛德数对通气空泡长度的影响.当Fr=43.74时,重力场对通气空泡长度的影响几乎可以忽略.     

水下航行体通气超空泡减阻特性实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究.采用通气的方法在较低水速下生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗劳德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,以及不同空泡长度下的模型阻力系数.研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,阻力系数随空泡长度的增加先递增后递减;空化器直径对阻力系数的影响较大,在大弗劳德数条件下,阻力系数会因空化器直径过大而出现随通气量的增加而变大的趋势.利用商用软件对超空泡形态及阻力系数作了数值仿真,并与实验结果作了对比,两者符合较好.     

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。     

超空泡航行体加速过程流动特性研究

超空泡航行体加速过程是航行体进入高速巡航状态的重要阶段。为了深入了解超空泡航行体加速过程中的流动特性,文中采用基于欧拉两流体模型的CFD方法以及基于相对运动的源项法对超空泡航行体全沾湿加速过程、通气加速过程进行了数值模拟,其中全沾湿过程主要研究了加速过程附加质量变化规律,通气加速过程研究了通气量、重力效应以及航行体攻角对空泡发展速度的影响。研究结果表明全沾湿加速过程中由于加速度较大,附加惯性力影响不能忽略;通气量、航行体攻角对超空泡生成速度均有较大影响,当速度达到50 m/s以上时,重力效应对空泡生成速度影响可以忽略。     

水下高速航行体超空泡流动研究进展

介绍超空泡流动特性、空化器设计、航行体稳定性的理论建模和实验研究;对超空泡流动进行数学模拟,发展合理的空化模型、湍流模型等,并对该领域的研究方向进行了展望。     

42kn高速滑行艇大侧斜空泡螺旋浆设计研究

本文通过对一型排水量４０ｔ滑行艇 大仙斜空泡螺旋桨的试验和设计研究，探索了在４０ｋｎ左右航速时，空泡螺旋桨的水动力性能变化规律。找出了因空泡发展引起的推力下降的控制方法，成功地设计出了航速达到４２ｋｎ的大侧斜空不包螺旋桨。     

超空泡航行体前部线型对空泡生成过程的影响

本文基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法,设计了三种具有不同前部线型的航行体模型．并针对所设计的三种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞中进行了前部线形对超空泡生成影响的实验研究．结果表明：超空泡生成速度和空泡成生所需临界通气量与航行体的轴向斜率分布有关,模型表面斜率轴向分布曲线越平坦或变化率越小,越有利于提高空泡的生成速度、减少超空泡生成所需的临界通气量．实验数据显示文中设计的三种格兰威尔前部线型航行体与锥形前部外型航行体相比,生成超空泡所需临界通气量都有明显减小,空泡生成速度有明显提高．文章研究方法为降低超高速航行体超空泡生成所需的临界通气量,提高空泡的生成速度提供了一条技术途径和研究方法．     

串、并联航行体自然超空泡数值分析方法研究

基于均质平衡流理论,应用商用流体力学软件Fluent,开展了三维带圆盘空化器的水下高速航行体在并、串联航行时自然超空泡数值模拟研究,研究了航行体间距对空泡形态和减阻特性的变化规律。结果表明,并联时,以上航行体为例,上表面的空泡长度小于下表面,随着间距的增大,上、下表面的空泡长度均不断减小,同时并联航行体摩擦阻力系数小于单航行体;串联时,前航行体的空泡尺寸大于后航行体,随着航行体间距的增大,后航行体的空泡尺寸逐渐增大,同时后航行体压差阻力系数远小于单航行体。     

超空泡航行体自导作用距离需求分析

为开展自导超空泡航行体的研究,评估其最短自导作用距离尤为重要。本文在建立超空泡航行体动力学模型的基础上,计算出其基于主动倾斜转弯控制策略下的最大机动角速度为6°/s,并以此为基础研究了多种态势条件下的超空泡航行体追踪目标需用最短自导作用距离,分析了航行体初始段航向、初始相对距离等因素对需用自导距离的影响。仿真结果表明,弱机动条件下的超空泡航行体需要的自导作用距离均在1 km以上,以目前技术条件无法满足其导引需求,故在未来一段时间内,以超空泡鱼雷为代表的超空泡航行体武器仍应以直航攻击为主。     

B.H.型气泡滑行艇阻力模型试验研究

通过艇底开槽的B.H.型气泡滑行艇(简称为B.H.艇)气层减阻的模型试验,初步研究了不同因素(气流量、艇速、开槽方式等)对B.H.艇的气层减阻规律及运动姿态的影响,并对艇底流态进行了较全面的观测.结果表明:当空腔在艇底的投影面积相同时,不同开槽方式对喷气减阻效果的影响不大;航速与气流量均是影响B.H.艇气层减阻效果的重要因素,在饱和气流量下B.H.艇的相对减阻率可达50%以上,绝对减阻率可达15%以上.开槽使得不喷气时的阻力增加较大,但空腔对保持气层的稳定性是相当有利的.     

感潮河段三角门船闸启闭机受力试验分析

建立了焦港三角门船闸物理模型。通过模型试验研究开通闸运行条件下闸门启闭机的受力,确定启闭机受力能满足开通闸要求的临界控制条件。控制条件分别为:上游高水位控制时,能进行开通闸运行的临界上下游初始水位差应小于0.39 m;上游中水位控制时,能进行开通闸的临界上下游初始水位差应小于-0.34~0.38 m;上游低水位控制时,能进行开通闸的临界上下游初始水位差应小于-0.37~0.43 m。三角闸门开关门的受力变化规律可为开通闸运行研究提供参考。     

高桩码头上部结构波浪水平力试验研究

通过物理模型试验,分析纵梁迎浪面压强和上部结构总水平力,指出影响上部结构波浪水平力P的主要因素有:波高H,纵梁高度R,超高Δh,波周期T,单个波峰同时作用的纵梁根数n。根据试验资料应用因次分析法拟合出了波浪水平力包络线计算公式,并且对试验值和包络线计算值进行了比较。     

无人艇智能航路规划系统研究

近年来,随着人工智能等高新技术的发展,无人平台的发展日新月异,以无人水面艇为代表的无人平台受到国内外专家学者越来越多的关注。其中航路规划系统是实现无人艇正常航行和体现无人艇智能化的关键技术之一。目前大多数航路规划算法适用的场景主要为无人艇的自由航行,避碰能力单一,且未充分考虑无人艇自身欠驱动型以及机动能力的限制,很难满足复杂障碍环境下智能避碰的需求。本文设计基于分层规划的航路规划方案,提出多单元模块下的无人艇航路规划策略,并基于无人艇自身特性设计对应的轨迹规划单元。最后在GIS数据上,对所设计的智能航路规划系统进行仿真验证,实验结果验证系统的有效性和实用性。     

未知环境中水下无人航行器的路径规划方法

针对水下无人航行器路径规划需要提前获得海图以得到全局障碍物信息,难以做到未知环境下实时规划路径的问题,提出一种对探测空间进行采样并判断采样点是否具有障碍,最终将探测到的障碍结果加权赋值给A*算法待扩展点的方法,实现了探测与路径规划同步进行,同时考虑到航行器的运动学约束,将A*算法的搜索域修正为圆域并且仅搜索在运动学约束...     

桩基双挡板透空式码头波浪上托力试验研究

依托沈家湾客运码头拟建二期工程,通过物理模型试验,对桩基双挡板码头面板所受波浪力上托力进行研究。结果表明：相对波高（Hd）、相对波长（Ld）、后挡板结构形式、后挡板相对入水深度（t2d）均对码头面板及横梁上所受波浪上托力具有较为显著的影响。通过将最大上托波压强的试验值与现有研究成果进行对比,在后挡板相对入水深度≤0.65时,最大上托波压强的计算可以参考周益人的拟合公式;在后挡板入水深度＞0.65时,最大上托波压强的计算可以参考过达的拟合公式。     

空腔尖劈结构吸声性能的实验研究

对尖劈结构的吸声性能进行了实验测试,进而研究了含空腔尖劈吸声结构的吸声性能。根据变截面波导理论建立的吸声系数方程,计算了尖劈结构的吸声系数,讨论了尖劈结构吸声性能随频率、静水压力及空腔结构的变化规律,并将计算值与实验值进行了对比。研究结果表明:随着静水压力的增大,尖劈结构吸声系数曲线的形状基本不变,但其数值有所下降;同种材料不同空腔类型尖劈结构的吸声性能差别较大,在低频段尤为明显,而对于同种腔型尖劈结构,其吸声性能则主要由空腔尺寸决定;对于含空腔尖劈吸声结构,增大空腔尺寸可以使尖劈空腔共振加强而提高其低频吸声效果,但空腔尺寸过大反而会影响尖劈结构的整体吸声效果,这对水下尖劈吸声结构的设计及其在实艇减振降噪中的应用具有一定的参考意义。     

超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟

舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(Shear Stress Transport)湍流模型,计算了单独舵片的流体动力特性,并与试验数据进行了对比,结果符合较好,验证了计算模型的有效性。基于此方法,计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的非定常流体动力变化。结果表明,在攻角相同时,操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大,而非定常阻力系数大于定常结果,并且操舵速度越快,阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数,结果显示在攻角相同时,舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果;在空化状态下,舵片升力系数的斜率小于全湿状态,并且舵片升力系数的斜率是变化的,存在某临界攻角,攻角大于此临界值时,升力系数的斜率减小,而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角;操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致,但是数值偏小。     

强夯加固粉煤灰及下伏的淤泥质软土地基试验研究

以南京扬子石化储油罐地基处理工程为背景,对粉煤灰及下伏的淤泥质软土地基进行了强夯试验研究。试验中首先对夯坑周围地表沉降以及孔隙水压力进行了检测,然后通过室内土工、载荷、标准贯入、静力触探等试验对强夯加固效果进行了检验。试验表明:强夯采用初始低能量夯击,逐步增加夯击能量和夯击遍数的施工工艺,辅以设置碎石垫层和竖向塑料排水板以及夯点采用梅花形布置的方法,效果明显,使地基的物理力学性能和抗变形性能显著提高,消除了上部粉煤灰层的液化问题,整体加固效果很好,夯后各项指标完全达到或超过预期值;同时通过对试验数据的分析研究,获得强夯法加固该类地基土的最佳强夯参数和施工工艺。