强机动超空泡水下航行器空间运动控制面布局(英文)

针对超空泡航行器航向舵后置布局在强机动航行时舵效不足的问题,建立了一种全新的兼顾直航与机动运动的控制面布局模式,首次提出了非对称分布艏舵的超空泡航行器控制面总体方案,采用双自由度空化器作为控制面,水平偏转控制航向,上下偏转控制俯仰和深度,且在空化器下部复合抗横滚鳍片。针对某超空泡水下航行器进行了系统动态特性仿真分析,横滚剩余力矩约从0.1s衰减至0,极限横滚角小于0.1°。分析结果表明:以空化器作为艏部航行舵替代常规布局的尾部航向舵,可以显著提高舵效。     

考虑空泡延迟特性的超空泡航行器运动控制模型

基于超空泡的独立扩张原理,考虑了超空泡的时间延迟特性,在随体坐标系中建立航行器尾部中心指向超空泡中心的空间矢量,提出了可以描述超空泡航行器机动航行特性的运动控制模型。在充分考虑超空泡航行器巡航阶段纵平面为弱机动的基础上,对运动模型进行了无横滚匀速定深直航简化。所得航行器空间运动模型既考虑了超空泡的延迟效应诱发的空泡脱体现象,也兼顾了巡航阶段运动特点的描述,模型封闭,便于工程应用,可作为航行器机动运动控制的对象基础。     

尾翼对高速汽车气动特性及制动性能的影响

为了提高高速汽车在湿滑、冰雪路面紧急制动时的主动安全性,以MIRA模型为基础,设计了尾翼系统,对加装尾翼的MIRA汽车进行外流场数值模拟,分析了尾翼对高速汽车气动特性及制动性能的影响,并研究了尾翼攻角、纵向水平距离和垂向高度参数的影响规律.结果表明:高速汽车加装尾翼后增加了整车的气动阻力和负升力,有利于提高有效制动力;...     

X舵在不同位置时SUBOFF潜艇的水动力特性

为分析X舵在不同纵向位置时现代潜艇的水动力特性,采用计算流体力学进行数值模拟,采用非结构网格研究X舵在3个位置时SUBOFF潜艇在不同来流速度下直航所受总阻力,及在攻角为±5°、±10°下所受纵向力、垂向力和俯仰力矩,研究直航和俯仰运动状态下X舵纵向布局对潜艇水动力性能的影响,及对应的压力云图。对结果进行分析对比可知：X舵位置变化对潜艇所受纵向力的影响较小,但对垂向力和俯仰力矩影响增大;随X舵位置向后移动,潜艇的垂向力增大,俯仰力矩减小,两者均在攻角为±5°时变化最大。     

揭秘水下滑翔机

正水下滑翔机是一种新型的水下无人潜航器,属于水下机器人中的一类。它在探测水下生物、了解海洋构造、调查海洋资源等方面有重要作用。随着我国海洋开发进程的深入,水下滑翔机正在成为不可或缺的好助手,成为科学研究的重要装备。水下滑翔机外形酷似带有机翼及尾翼的鱼雷,具有理想的流体形状,能够在水面下利用净浮力和姿态角的调整获得推进力,依靠流体     

中央开槽宽度对箱梁涡振特性的影响机理

设置中央开槽的箱梁通常具有良好的颤振稳定性,但该类箱梁在大攻角来流作用下的涡振性能尚不明确. 采用数值模拟方法,针对某大跨度桥梁的流线型箱梁断面,分析了5种不同中央开槽宽度箱梁的流场特性和涡振稳定性能,探究了大攻角下中央开槽宽度变化对箱梁涡振性能的影响规律,并根据静态和动态流场的变化,系统讨论了相应的气动机理. 研究结果表明:在?10°～10° 风攻角范围内,封闭箱梁的阻力系数始终最小,而其升力系数绝对值则普遍大于开槽箱梁;中央开槽宽度（L）对箱梁涡振性能影响显著,箱梁涡振振幅随着开槽宽度的增大而减小,L/B（B为箱梁宽度）由0变化至0.20,涡振振幅变化幅度达到40.9%;开槽宽度的变化会影响箱梁上表面大旋涡的运动以及箱梁中央区域来流分离程度,进而改变箱梁的涡振振幅.      

不同排障器导流罩对高速列车阻力及升力的影响

利用风洞试验与CFD方法,比较分析某型高速动车组在四种不同排障器导流罩型式下气动特性,发现排障器导流罩以及不同型式的排障器导流罩能明显影响到列车的整车阻力及尾车升力性能.排障器导流罩可以阻止来自列车前方的气流进入转向架区域,并能够将车头前方的气流导向两侧,阻止车头前方死水区的形成.不同型式排障器导流罩对整车的阻力性能的影响最大可以到4%左右,并在大侧风条件下明显影响尾车升力性能,当侧偏角大于18°后不同型式的排障器对尾车升力性能的影响明显增加.因此合理的设计排障器导流罩至关重要.     

三峡电站汛期调峰时两坝间通航船模试验研究

三峡大坝—葛洲坝两坝间航道曲折多变,水流条件复杂。三峡电站调峰运行后引起航道水流条件的变化对通航将产生不良影响。根据船模实验最高安全限值的要求,通过船模通航实验,分析了不同船队在各关键航段汛期调峰时船队上下行航行的最大舵角、最大漂角、对岸航速及航行时间的变化;研究论证了汛期调峰时两坝间的通航条件,确保船舶安全通过此航段;提出了最佳航线、驾驭方式和航行难点。     

夹片式锚固体系锥角的有限元参数化设计

建立了单孔锚具参数化非线性有限元模型,在此基础上分析了锥角对锚具力学特性———应力分布和变形的影响,提出了确定最佳锥角度数的新途径———有限元参数化设计.研究表明,当锥角小于某值时,较大的锥角能明显减小锚具变形;对于单孔锚具,合理的锥角介于6.5°～7.5°之间.     

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明：漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°～0°和25°～30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.     

Study on the characteristic of a forced pitching supercavitating vehicle

During the cruising of a supercavitating vehicle, the relative motion between the supercavity and the vehicle has a significant effect on the stability of the supercavity and the trajectory of the vehicle. In this paper,periodically forced pitching of a supercavitating vehicle is investigated numerically by a dynamic mesh method.The simulated result of the flow field around a pitching ventilated supercavitating vehicle in a water tunnel is compared with the experimental result. The evolution of the cavity morphology, the pressure distribution and the hydrodynamics of the vehicle are in good agreement with the experimental data. The effect of different pitching amplitudes and frequencies is studied. Also, the effect of the tunnel wall and the bracing structure is analyzed.     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.     

Shafting alignment based on hydrodynamics simulation under larger rudder corner conditions

With the rudder angles getting larger and larger, the moment and force on propeller shafts, which are caused by complex flowing field, become more and more. They influence the shafting alignment greatly. Stress analysis of propeller shafts has been done under increasing rudder corner conditions with complex hydrodynamics simulation for a great domestic liquified natural gas (LNG) vessel, which is with dual propulsion systems. The improved three-moment equation is adopted in the process of dual propulsive shafting alignment. The calculated results show that the propeller hydrodynamic characteristics, which affect dual propulsive shafting alignment greatly, must be considered under large rudder angle conditions. Shafting accidents of Korean LNG vessels are interpreted reasonably. At the same time, salutary lessons and references are afforded to the marine multi-propulsion shafting alignment in the future.     

基于单参数自调节RM-GO-LSVR的船舶操纵灰箱辨识建模

为实现舵角小、试验数据少条件下船舶操纵辨识建模, 提出了一种船舶操纵运动灰箱模型; 搜集水动力系数已知的船舶运动数学模型作为备选参考模型(RM), 计算被辨识船舶与备选RM的相关系数, 并以此筛选合适的RM; 运用相似准则将观测数据映射到RM的输入值域, 建立被辨识船舶与RM的运动关联, 获得了RM的加速度项, 并使用线性支持向量回归(LSVR)机补偿被辨识船舶和RM加速度项间的误差; 分析了机理模型, 设计了合适的LSVR输入项, 使用全局优化(GO)算法自动调节了LSVR的不敏感边界参数; 基于自航模试验数据训练了灰箱模型, 并与约束模试验(CMT)结果和计算流体力学结果比较, 验证了灰箱模型的泛化能力和预报精度。研究结果表明: 在20°船艏向、20°舵角Z形试验预报中, 灰箱模型所得第一超越角精度至少比CMT、虚拟约束模试验(VCMT)和RM方法所得结果高1°, 灰箱模型所得第二超越角精度至少比CMT和VCMT所得结果高0.4°; 在35°舵角旋回试验预报中, 灰箱模型所得进距精度至少比CMT、VCMT、数值循环水槽试验(NCWCT)和RM方法所得结果高1%, 灰箱模型所得战术直径精度比CMT所得结果低4%, 比NCWCT所得结果高10%;RM方法有助于灰箱辨识建模, GO算法能够优化LSVR的不敏感边界参数, 建立的单参数自调节灰箱辩识建模方法能够实现小舵角、少数试验条件下的船舶操纵辨识建模。      

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.     

顺向斜风作用下桥面运动车辆气动特性试验研究

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响. 结果表明:移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.      

气动翼对高速磁悬浮列车升力特性的影响

磁悬浮列车高速运行时受到较大气动升力作用,尤其是尾车向上的气动升力较大,易使悬浮性能恶化,甚至导致悬浮控制系统失效,影响列车的乘坐舒适性及运行安全性,因此亟待开展高速磁悬浮列车的尾车升力特性研究及改善工作. 对开展过风洞试验的高速磁悬浮列车进行数值模拟计算,得到的列车表面压力系数与风洞实验数据吻合较好,并加装气动翼改善高速磁悬浮尾车气动升力,研究了气动翼角度、数量对尾车气动性能的影响. 研究结果表明:仅安装一个气动翼时,其自身的气动升力随角度的增加而减小,但尾车气动升力则呈现先减小后增大的规律,气动翼角度为12.5° 时尾车升力最小,与原始磁悬浮列车相比气动升力系数减小3.9%,气动翼及尾车气动阻力略有增加;以气动翼与车体切线角度保持不变为基准在尾车安装多个12.5° 气动翼,不同位置气动翼的气动阻力基本相同,气动翼数量增加后尾车气动阻力随之增大;不同位置气动翼的气动升力存在差异,向鼻尖方向气动翼的气动升力递减,尾车气动升力随气动翼数量增加先减小后趋于稳定;各方案中安装2个气动翼的磁悬浮列车气动性能相对更优,与原始磁悬浮列车相比尾车气动升力减小4.6%,整车阻力仅增加1.4%.      

基于滑移网格法桨——舵相互干扰流场分析

采用CFD方法,利用滑移网格法,以JDC4-55可调螺距螺旋桨与非对称舵为考核算例,模拟桨—舵相互干扰引起的三维非定常湍流,通过改变舵角来得到相应的流场,分析在同一进速系数下流场变化规律,从模拟的结果来看,该方法能较好地展示桨舵干扰的粘性流场。     

基于差动制动的单拖挂汽车列车道路跟踪控制

对汽车列车的运动特点进行了研究,建立了考虑铰接角的单拖挂汽车列车驾驶员模型;对挂车制动时车辆运动状态的变化进行了分析,设计了基于差动控制的道路跟踪控制器,建立了基于Simulink和Trucksim的联合仿真模型,验证了双移线工况下模型的路径跟随性和行驶稳定性.结果表明:基于差动制动的单拖挂汽车列车道路跟踪控制器,与单...     

Four-degree-of-freedom course stability of an air cushion vehicle

A four-degree-of-freedom mathematical model was established to investigate the course stability of an air cushion vehicle (ACV). The forces of aerodynamic,propeller and rudder were obtained by wind tunnel experiments. A series of constrained model experiments with horizontal-planar-motion-mechanism (HPMM) were conducted to determine the hydrodynamics. The ACV's course stability was analyzed by using Hurwitz deter-mination method with differential equation of perturbation,and the four-degree-of-freedom cours...