RBF神经网络在深V型滑行艇阻力预报中的应用

基于SV、JYK系列滑行艇的阻力、浸湿面积、航行纵倾角试验数据,采用RBF神经网络建立了深V型滑行艇阻力预报数值图谱;针对艇艉底部横向斜升角变化的有限试验数据,提出了一种基于小样本试验数据的阻力修正方法。试验表明,该方法对深V型滑行艇(折角线长度与最大折角线宽度比在4~5.5,面积负荷系数在5.5~7,重心纵向相对位置在3%~9%,艉部艇底斜升角在5°~25°之间变化)阻力预报是可行的。在相同精度下,针对该文研究的问题,RBF神经网络所需时间少于BP神经网络。     

CFD在高速滑行表面性能预报中的应用

针对滑行表面数值预报结果中船底出现异常水气分布的问题,基于三种常用CFD软件FLUENT、CFX及STAR-CCM+研究了VOF界面插值格式、网格类型及数目等因素对滑行表面性能数值预报的影响,并提出相应改善数值计算模拟的具体措施。研究表明:基于相同的结构化网格及计算设置时,采用几何重构界面插值格式预报滑行块的阻力及底部水气分布上最为准确,CICSAM格式次之,修正HRIC格式最弱。通过选择合理的网格类型及网格数目也可以改善滑行船体性能预报精度。CFX采用四面体网格,STAR-CCM+采用多面体网格可以较为准确预报滑行艇体的流场和阻力。建议在滑行艇的阻力及流场预报中采用几何重构的VOF界面插值方式,选择合理的网格类型并进行适当的网格加密可以提高水气界面捕捉的精度,减小阻力预报的误差。     

双断级滑行艇静水阻力性能影响因素

基于双断级滑行艇小系列阻力模型试验数据,分析了高速时排水量、重心纵向位置、断级角度以及断级总长度对艇阻力性能的影响规律。结果表明:在静水中,当Fn▽>4.0时,各因素对阻力性能影响较为明显,后移重心或增加排水量、断级角度和断级总长,可降低单位排水量阻力Rt/Δ,提高效费比;当Fn▽=3.0～4.0时,断级艇处于阻力谷点附近,此时各因素对阻力性能影响很小。     

深V型滑行艇横摇阻尼的实验确定

对深V型滑行艇模型进行了静水横摇衰减实验和零速正横浪规则波中横摇运动实验,讨论了在处理试验数据时所面临的一些问题;采用分段最小二乘拟合法对静水横摇衰减实验曲线进行光顺,用峰值处理法计算不同横摇角时的横摇阻尼,并进行多项式回归得到深V型滑行艇横摇阻尼公式.     

几种排水型高性能船阻力性能对比研究

采用阻力理论计算方法,以高速圆舭艇的阻力性能为基准,对高速圆舭艇、深V型船、穿浪双体船以及高速三体船的阻力性能进行了对比研究,对比较结果进行了分析,给出了各船型的最适用航速范围.     

计及航行纵倾变化的穿浪双体船阻力预报新方法研究

针对穿浪双体船航行纵倾随航速变化较为明显的特点,结合薄船理论和帐篷函数法,提出了一种计及艇体航行纵倾变化的穿浪双体船阻力预报方法.通过对某型穿浪双体船阻力的计算结果与模型试验结果的对比,考核了该预报方法的有效性,并得出穿浪双体船片体间距变化对阻力的影响规律,即片体间距越大,其兴波阻力、总阻力越小.研究表明,该方法能提高穿浪双体船的预报精度.     

两栖UAV动力学建模与仿真

两栖UAV是介于空气与水之间运动的新概念飞行器,由于同时受到空气动力,水动力的作用,动力学特征较巡航飞行器和水面滑行艇均有很大差别.基于空气动力学和二元平面滑行理论.建立了两栖UAV的飞行动力学模型和滑跳动力学模型,同时给出了仿真算例,并对两栖UAV的滑跳过程进行了弹道仿真研究.建模可以为两栖UAV的方案总体设计,滑水外形优化和弹道方案设计提供理论依据和计算方法.     

潜艇搭载蛙人输送艇阻力预报及试验验证

为了研究搭载特种装置对母艇阻力性能的影响,通过有限元建模的方法开展了不同搭载状态的阻力计算,并进行了阻力性能分析,最后通过模型试验进行了验证。研究结果表明:母艇搭载特种装置后,由于湿表面积增大,流线型结构受到破坏,总阻力增加。数值计算和模型试验验证了背驼式搭载蛙人输送艇方式阻力性能更优。     

考虑航行姿态的船模阻力及流场数值预报

为精确得到船模阻力及流场,研究了网格划分、湍流模型及船模姿态对预报结果的影响。首先,采用切割体网格技术及棱柱层网格技术划分了多套网格,研究网格尺寸大小及棱柱层参数对阻力、兴波及伴流场的影响;然后,比较了三种不同湍流模型在船模阻力及伴流场预报中的差异;最后,基于合理的网格划分及湍流模型,采用DFBI的方法预报了船模在不同航速下的姿态及阻力。计算结果表明:当Fr0.25时,不考虑航行姿态时阻力计算误差可达到18.3%。考虑航行姿态变化后,阻力计算误差小于3%;升沉和纵倾的计算值和试验值吻合较好。由此证明:采用DFBI方法考虑船体航行姿态的变化避免了网格变形或者重构,具有较好的收敛性和计算精度。     

全附体多桨船模自航点数值求解方法研究

针对带附体的四桨双舵船模,采用结构化网格离散全附体模型表面,基于RANS方程求解了船桨舵耦合的复杂粘性流场,数值模拟了主船体阻力试验、螺旋桨敞水试验、全附体模型阻力试验和自航试验,建立了螺旋桨转速自动调节的模型自航点求解方法。该方法的计算结果与试验结果进行了比较分析,结果表明:全附体模型阻力误差小于3.8%,自航点转速误差小于4.3%。     

金属靶体材料动力硬度测试及动态阻力分析

以高速侵彻下45钢靶体侵彻阻力为研究对象,开展了弹体高速侵彻45钢靶体试验,获取了典型弹体对45钢靶体的成坑参数。基于高速侵彻阻力模型对靶体侵彻阻力及影响因素进行分析。结合流体动力学侵彻模型对不同弹体材料侵彻45钢靶体侵彻深度规律进行研究。研究结果表明:随着撞击速度的增大,45钢的靶体阻力从5. 13 GPa减小到3. 7 GPa;基于材料动力硬度测试方法的靶体动态阻力测试结果和理论计算结果吻合较好;随着靶体动态屈服强度的增大,靶体阻力呈线性增大的趋势;侵彻深度及靶体动态阻力理论计算结果和试验数据吻合较好,说明所提动态阻力确定方法可行,可为高速侵彻动力学研究提供参考。     

一维弹道修正弹气动力计算方法和射程修正量分析

为提高弹箭密集度,采用阻力修正原理进行纵向距离修正是一种低成本的一维弹道修正技术.基于牛顿流理论和风洞实验数据提出了一维弹道修正弹阻力环机构的扩增阻力系数计算方法,通过对不同阻力环结构的气动力数值计算分析,得到阻力环外露高度对扩增阻力系数的影响远大于安装位置等结论.建立了一维弹道修正弹的数学模型,对阻力环机构在飞行弹道上不同位置处作用对应的射程修正量进行了数值计算和炮射试验对比,计算弹道结果和实测弹道结果基本一致.表明提出的一维弹道修正弹阻力环机构的扩增阻力系数计算方法和射程修正量计算数学模型有较高的计算精度,可作为该类弹箭的弹道设计工具.     

基于CFD的两栖车辆水上阻力预测

针对两栖车辆水上阻力难于预测的问题,研究了基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的外流场数值计算方法,提出结合车辆水上运动模型预测车辆高速航行时水上阻力的方法,分析了外流场数值计算中数学模型、定解条件、两相流模型以及流场网格划分和边界条件处理方法等问题;通过修改刚体空间运动方程,构建了两栖车辆水上运动模型,实现了引入车辆水上运动模型的两栖车辆水上绕流场计算.试验结果表明:基于CFD的两栖车辆水上阻力预测方法具有良好的预测精度.     

复杂线型小水线面双体船兴波阻力数值计算方法研究

将分段幂多项式拟合方法与线性兴波阻力理论相结合,提出一种针对复杂线型小水线面双体船的兴波阻力数值计算方法,该方法应用于常规小水线面双体船的兴波阻力计算,表明该方法能在常规的幂多项式拟合方法的基础上进一步提高计算精度,同时也验证了该方法的正确性,将该方法的计算结果与复杂线型小水线面双体船剩余阻力的试验结果相比,两者吻合较好,证明了该方法用于复杂线型小水线面双体船的兴波阻力计算是可行的。     

极浅水域船舶航行阻力及下沉量数值计算方法

针对舰船在极浅水域中的航行阻力及航行安全预报问题,提出了静力平衡方程与叠模定常流计算相结合的数值计算方法。经分析比较可知,该方法只需进行一次姿态调整,姿态收敛偏差即可小于5%。水动力计算结果与水池模型试验结果对比表明：当深度/吃水比(h/T_m)为1.18时,阻力预报相对偏差为3%左右、下沉量绝对偏差小于2 mm,触底航速预报相对偏差小于5%。该方法可有效避免计算过程中姿态波动导致解算失败的问题,具有良好的计算稳定性和收敛性,且计算精度较高,可为浅水航行船舶航行性能数值计算提供借鉴和参考。     

坦克武器系统作战能力评价模型

首先对影响坦克武器系统作战能力的因素进行了分析,建立了坦克武器系统作战能力评价指标体系。然后,用效能函数确定各指标值,由此构造出武器系统作战能力的人工神经网络评价模型,并提出了基于模型的数据处理方法,在此基础上,对88系列某型坦克和M1坦克进行了评价,评价结果表明该模型具有很高的计算精度。     

深 V 型船艉扰流板减阻模型试验及数值分析

为深入研究深 V 型船艉扰流板减阻机理,首先进行了深 V 型船艉扰流板系列减阻模型试验研究,获得了模型阻力减少4％左右的艉扰流板设计方案,该方案扰流板深度与艉板宽度之比为0．0094;其次,采用RANS 方程以及计及航态影响的数值计算方法,逐段分析了船体微段阻力变化规律。结果表明：扰流板减阻的主要原因在于其改善了船体航态,从而减少了压差阻力。     

浅水爆炸特性数值模拟研究

为对浅水爆炸的荷载特性进行研究,首先采用LS-DYNA建立的浅水爆炸三维数值模拟模型对浅水爆炸的冲击波传播与气泡脉动进行了模拟,通过与经验计算公式对比验证了模型的可信性;然后,对浅水爆炸的荷载特点和分布规律进行了分析,并初步探究了水面及水底的影响规律,得到如下结论:LS-DYNA可实现浅水爆炸的有效模拟,模拟结果符合理论形态,且计算得到的荷载峰压和比冲量等特性参数与经验公式吻合良好。浅水爆炸荷载峰压在冲击波传播阶段出现,气泡脉动阶段荷载的比冲量则明显高于冲击波传播阶段,在浅水爆炸毁伤效应研究中,以上两个阶段均需考虑。炸药起爆深度附近及其以下水域为浅水爆炸荷载的主要作用区域。水面反射稀疏波和水底反射冲击波的峰压和衰减时间与冲击波相近;随着爆深增加,反射波对水面及水底附近位置影响增大,对水域中间位置的影响先减小后增大。     

网格参数与离散格式对潜艇阻力预报精度的影响

借助于计算流体力学软件,生成了2组不同网格数量和壁面Y+值的网格模型,并对潜艇周围流场进行了数值模拟,得到了不同航速下的潜艇阻力,然后结合试验数据进行了对比分析。研究发现:一阶精度离散格式的阻力计算结果误差过大不可信,而对于不同的离散格式,网格的细化都能提高计算精度;当网格模型壁面Y+值控制在200以内且采用二阶精度离散格式计算时,较稀的网格模型也能得到误差小于3%的计算结果。     

螺旋桨激励水下艇体振动的试验及数值研究

为考虑螺旋桨真实激励特性,在循环水槽中开展艇尾伴流场中螺旋桨诱导艇尾脉动压力及螺旋桨激励水下艇体振动响应的测量试验。试验结果表明:脉动压力幅值在叶频处最大,且随螺旋桨负载增加而增大,随与螺旋桨之间距离的增大而减小,四叶桨脉动压力在尾翼后的高伴流区幅值较大,五叶桨则在尾翼之间的低伴流区幅值较大；大部分测点的振动响应幅值随螺旋桨负载增加而增大,但也存在叶频处幅值较小和未随负载增加而增大的情况；五叶桨激励引起的侧向振动较四叶桨有所增强而轴向振动有所减弱；特定谱峰频率处振动响应幅值呈一阶弯曲振型,其频率范围与有限元计算结果较为一致。综合采用计算流体动力学、有限元和模态叠加法建立螺旋桨激励水下艇体振动响应的数值计算方法,通过计算与试验结果的对比发现,该方法的计算结果与试验结果吻合较好,相比于采用单位简谐激励的谐响应分析方法更加接近真实情况。