航速振荡对船舶纵摇与垂荡耦合运动的响应模型

为解决船舶纵向速度振荡对纵摇与垂荡运动响应影响问题,开展了有船舶纵向速度振荡条件下的纵摇与垂荡耦合运动响应模型研究。建立了一组坐标系,基于弗汝德-克雷洛夫假定,推导了船体切片的浮力、阻尼力和惯性力,通过对切片的积分得到了船体纵摇和垂荡的水动力(矩),推导并得到了纵摇与垂荡耦合运动响应方程。初步讨论分析了纵向振荡速度、加速度和位移对船体水动力及波浪力(矩)的影响,得到了纵向振荡位移对纵摇与垂荡耦合运动特性有显著影响的初步结论。     

小水线面双体船波浪中纵向运动性能模型试验研究

在拖曳水池里开展了小水线面双体船顶浪规则波中纵向运动模型试验,研究了航速和拖点垂向位置对船体纵向运动性能的影响。试验结果表明:不同航速下,船体的垂荡响应算子和纵摇响应算子均随着波长变化呈现出双极值;航速对垂荡响应算子极值的影响较小,对纵向响应算子极值的影响较大;除了短波中的共振区附近,拖点在重心时的运动响应算子与拖点在推力轴线时的运动响应算子相比有所减小。     

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。     

规则波浪中船舶操纵响应遭遇频率频散概念与机制

采用船舶单自由度横摇运动方程,以及纵摇与垂荡耦合摇荡运动方程,数值模拟了规则波浪中船舶操纵响应不规则摇荡运动现象。假定波浪中船舶遭遇频率具有谐波分量形式,定义了遭遇频率常量、强度和散射频率,提出了船舶遭遇频率频散概念,推导了遭遇频率的频散关系,分析得到了航速和浪向角度变化引起的两种频散机制。散射机制表明:顶浪航行时航速散射效率最高,正横浪航行时航向角散射效率最高。     

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。     

SWATH船纵向运动性能分析

根据切片理论编制了SWATH船在规则波及不规则波中的纵向运动理论预报程序.分析了航速对SWATH船在不规则波中迎浪纵向运动响应的影响规律.并研究了鳍的位置、尺度、组合形式对SWATH船纵向运动性能的影响.结果表明,中高速航行有利于发挥SWATH船优越的耐波性;增大鳍的尺度、使用艏艉组合鳍能提高SWATH船在不规则波中的纵向运动性能.     

高速小水线面双体船减阻试验

针对高速小水线面双体船高速航行时船体姿态变化显著的特点,分析了拖点纵向位置变化对阻力测量的影响规律;针对高速小水线面双体船提速增效的需要,在拖曳水池里开展了气层及艉板联合减阻模型试验,探讨了喷气位置、气流量、艉板等方式对SWATH的阻力及浮态的影响规律,取得了高速小水线面双体船模型底部喷气减阻4％的效果.     

吸力锚抢修平台气浮拖航影响因素分析

以海军吸力锚抢修平台为研究对象,通过MOSES对该结构在不同波高、波周期、吃水深度和系缆点位置的拖缆张力、锚内气压以及垂荡和纵摇运动进行了模拟分析,得到如下结论:随着波高的增加,其摇荡幅值和拖缆张力增大;在结构设计和实际拖航中必须通过合理的锚位布置以及航向、航速控制避开波能集中区;系缆点位置设置在吃水以下一定高度可以显著降低拖缆张力并提高拖航安全性。     

穿浪双体船纵向运动模糊PID控制

针对穿浪双体船高速情况下的纵摇和垂荡运动影响乘船舒适性的问题,分析了穿浪双体船的运动规律,给出了其纵向运动控制模型,并根据控制模型的多输入多输出系统特点,分别针对纵摇和升沉两个通道设计了独立的PID控制器。在此基础上,进一步将模糊控制理论应用于PID参数的整定,给出了具体的设计方法,并根据人工经验设计了详细的参数整定规则。经仿真分析表明:模糊逻辑的引入使得PID控制器具备了自适应功能,能够取得更好的减摇效果。     

分段履带式水陆两栖车减阻增速试验及数值仿真

为了研究分段履带式水陆两栖车的水动力性能,实现减阻增速,将尾翼板安装到水陆两栖车的方艉部,并开展了水池试验和仿真研究,两者的研究结果具有较好的一致性。通过仿真研究了车体的纵向重心位置、尾翼板的长度和角度对水陆两栖车阻力性能的影响,并分析了阻力成分的变化趋势。研究结果表明:车体纵向重心位置在540～560 mm 时,车体所受水阻力最小;在速度为3～5 m/s时,长度为156 mm,与水平面夹角为10°的尾翼板减阻效果最明显,相比于原裸车体的阻力,减阻率达到34.3%;加装尾翼板可以增加车体的尾部中空区长度,相当于增加了水线长,增大了长宽比。该研究表明:适当调节重心位置和优化尾翼板参数,可以有效实现水陆两栖车的减阻增速。     

甲板上装载重物渔船的耐波性研究

本文在线性频范畴中,基于切片理论的ＳＴＦ法,剖面的水动力系数和流体动力计算采用源汇分布法,利用ＯＦＲＴＲＡＮ编程,对８０８型渔船甲板上装载重物在多种海况、多种航速、多种浪向角下在规则波和不规则波中的横摇、纵摇和垂荡情况进行了计算,并进行了实验室模型试验和海上实船试验。结果表明,８０８型渔船甲板上装载重物在限定海况下能安全航行。     

系缆龙须角对筒型基础拖航影响试验

系缆龙须角是影响气浮筒型基础拖航的主要因素之一。通过模型试验对顺浪拖航时结构在横向、纵向以及垂向振荡的加速度、筒内气压力和水压力以及拖缆力进行测量。试验结果表明：拖航加速度随着系缆龙须角从0°增大到90°呈先减小后增大的趋势;龙须角为0°时,拖航的加速度、筒内气压力和水压力以及拖缆力变化均明显大于有角度拖航;拖缆力呈脉冲变化,且在45°时取得较小值。因此对于该结构的拖航,为了保证在拖航中既具有较小的拖缆力,又具有较小的横向和垂向振荡,建议选取系缆龙须角为45°。     

深V型船气幕减阻数值研究

针对深V船型,采用混合两相流模型开展气幕减阻数值分析,研究了气流量、航速、航行姿态、喷气位置、尾板等因素对喷气减阻率的影响.结果表明:在深V型船底部喷气会导致阻力降低,气流量增加,减阻率增大,存在饱和气流量;航速对减阻率的影响不是单调的;航行姿态对减阻率有较大影响,使得纵倾角增大,减阻率降低;采用多级喷气可以提高喷气减...     

典型海洋条件下小型自然循环 反应堆流动特性研究

针对小型一体化自然循环反应堆在海洋环境中应用的问题,基于RELAP5/3.3程序构建了海洋条件分析模型,并通过摇摆实验对修改的程序进行了验证,利用修改的程序建立了反应堆系统热工水力模型,分析了横摇、纵摇和起伏运动对反应堆自然循环的影响。结果表明:主换热器的紧凑、对称布置设计降低了横摇的影响,而横摇与纵摇的影响一致,摇摆运动的短周期和大角度对自然循环影响显著;起伏运动对自然循环的影响更为严重,有可能导致堆芯出口温度饱和,威胁反应堆的运行安全。     

燃烧室前缘扩张角对旋转爆震冲压发动机的影响

针对圆柱形隔离段-燃烧室构型的旋转爆震冲压发动机,开展了总温为860 K、马赫数为2的来流条件下的直连式试验,探讨了燃烧室前缘扩张角(θ=30°,45°,60°,90°)对爆震波传播特性、工况范围及压力分布的影响。结果表明:当燃烧室前缘扩张角为90°时,燃烧模态均为爆燃燃烧;随着扩张角的减小,燃烧模态将会向锯齿波和混合模态(包含单波阶段)转换。当燃烧室前缘扩张角为30°时,旋转爆震的自持工况范围最宽且燃烧室压力最高;同时,随着燃烧室前缘扩张角减小,实现混合模态的当量比下限降低。此外,分析了燃烧模态对来流的影响,发现:锯齿波/混合模态燃烧室内存在的周期性高频压力扰动会使隔离段内的激波串位置前移;混合模态对超声速来流的影响最为显著。     

基于LES的三维桅杆绕流的数值实验研究

以舰船棱柱形的全封闭桅杆为研究对象,利用计算流体力学软件ANSYS ICEMCFD和ANSYSCFX对模型进行数值实验。在雷诺数为5.74×105和7.66×105,桅杆的攻角从0°变化到90°,以15°为间隔的条件下,研究了表面倾斜且前后不对称的四边形棱柱状结构在均匀流场中所受的流体载荷。通过对桅杆绕流进行数值模拟,得到了漩涡发放随时间的变化规律;发现模型由于表面倾斜的原因,除了受到阻力和升力外,还受到垂直方向上的垂向力,这在以往的柱状结构中是没有的;同时分析了模型所受的定常力和脉动力系数随雷诺数和攻角的变化规律。     

电磁轨道发射中内弹道动力响应特性分析

将轨道简化为移动载荷作用下固定在弹性支撑上的Bernoulli-Euler梁，通过静态电磁-结构耦合有限元模型求得外围封装的等效刚度，计算得到发射器的临界速度。另外，利用混合有限元/边界元法建立电磁-结构-运动多物理场耦合的动力学模型，求得枢轨动态接触压力和轨道的应力应变分布特性。通过在轨道背面布置光纤光栅应变传感器，利用测量数据验证了动力响应特性，并分析了弹丸在内弹道的稳定性。针对典型30 mm × 30 mm矩形口径发射器，分析及试验结果表明：C型电枢对轨道的电磁挤压力在平顶沿起始时刻达到最大值，之后随着时间推移逐渐减小；电枢通过引起的应力波在高速段容易与轨道中反射应力波发生共振，并且轨道在电枢运动的中间高速段区域受力最为集中，应力集中水平约是起始低速段区域的2.44倍；电枢运动高速段会出现晃动现象，进而引起上下轨道受力的不对称性。分析及试验结果对研究电磁轨道发射器内弹道动力响应特性和发射器结构设计具有重要指导意义。     

救生伞背带分系统对假人动载的影响

为了改善救生伞背带分系统的安全性,建立降落伞-背带-假人系统的动力学模型,分析背带及脱离锁参数对假人质心过载的影响。针对救生伞假人高速开伞空投试验,采用多体动力学方法建立降落伞、背带脱离锁和假人的十五自由度动力学模型;采用半质量-阻尼弹簧模型建立背带模型,连接降落伞、脱离锁和假人;利用实测过载计算降落伞开伞力。利用所建立的动力学模型仿真典型状态下假人和背带的动力学响应,验证所建立模型的合理性。分析了脱离锁位置、背带松紧程度、背带材料特性对假人质心最大过载的影响,可用于指导背带设计以及确定最佳的背带脱离锁位置。     

二维弹道修正弹修正方法

为提高弹箭密集度,采用阻力修正原理进行纵向距离修正;增设阻尼片,调节炮弹的极阻尼力矩来改变炮弹旋转速度,进而调节偏流大小来实现侧向弹道修正,是一种低成本的二维弹道修正技术。基于牛顿流理论、经验公式和风洞实验数据提出了组合式二维修正机构弹道修正弹的扩增阻力系数和扩增极阻尼力矩系数计算方法,对不同阻力环、阻尼片结构的气动力进行了数值计算分析。分析了组合式二维弹道修正弹的侧向弹道修正原理,建立了其飞行弹道数学模型,对阻力环、阻尼片机构在飞行弹道上不同位置处作用对应的射程修正量、侧向弹道修正能力和动态飞行稳定性进行了数值计算。结果表明:该二维弹道修正技术可以满足对弹道纵向和侧向偏差修正的需求,且不影响炮弹的飞行稳定性。     

探月飞船初次再入段纵程的解析预测方法

探月飞船升阻比较低,为实现长纵程飞行,必须采用跳跃式再入方式。在跳跃式再入轨迹在线规划或预测制导中,如何快速准确地预测初次再入段纵程是一个非常关键的问题。针对这一问题,研究提出一种解析预测方法:利用匹配渐进展开方法得到再入纵向运动方程的闭型近似解;将初次再入段轨迹分为三段,第一段采用高度作为积分自变量,并利用复合梯形公式得到纵程,第二段和第三段分别采用二次多项式来拟合阻力加速度-能量剖面,根据近似解结果反解出多项式系数,并将得到的阻力加速度倒数-能量函数进行积分,得到第二段和第三段的纵程;对解析预测方法的精度和计算效率进行分析,结果表明该方法计算精度较高,速度快,可用于跳跃式再入轨迹的在线规划和制导。