弹性螺旋桨的轴向非定常力分析

为研究螺旋桨的水弹性流固耦合非定常振动特性,首先通过金属桨敞水性能验证了瞬态双向流固耦合方法的可靠性;然后,以玻璃纤维为参考材料,通过改变材料参数得到不同材料的弹性螺旋桨,并采用瞬态双向流固耦合方法对伴流场中不同弹性螺旋桨进行数值计算,得到了轴向非定常力和变形的时域值;最后,通过傅里叶变换得到不同材料-阶叶频处脉动幅值;结果表明:通过对杨氏模量和刚度阻尼的调整,可以降低螺旋桨流固耦合非定常力脉动幅值。     

纵向激励下轴艇耦合结构声辐射特性及影响因素

通过建立轴艇耦合结构模型,结合船舶三维声弹性理论,分析了螺旋桨纵向激励下耦合结构的振动和水下声辐射特性及分布规律,并研究了其对不同影响因素的敏感性。结果表明:轴艇耦合结构纵向振动在潜艇水下声辐射中有明显体现,是水下声辐射的重要组成部分;通过减小推力轴承纵向支撑刚度、增加艇体壁厚和增加纵向肋骨,可以有效降低潜艇水下辐射声压级,提高其声隐身性能。     

身管在加速弹丸激励下的振动研究

研究了弹丸运动冲击下的身管振动规律.通过分离主模态,给出了运动弹丸形成身管横向振动激励的机理,得出了弹丸激励作用下身管的振动响应,并通过案例计算,获得了在运动弹丸冲击作用下的身管振动规律.结果表明,弹丸加速度越大,身管振动幅值越小;随着弹丸加速度增大,在弹丸出口瞬间,炮口振动幅值达到最大;身管刚度越大,强迫振动幅值越小.     

脉冲激励下船舶结构谐振响应预报及其模态阻尼参数识别

从模态识别基本原理出发,对脉冲激励下的时-频域响应、谐振激励下的时域响应的表达式进行推导,找到了其时-频域下的幅值关系,认为一定条件下谐振响应中伴随自由振动成分短时间内难以衰减,指出谐振激励力幅值与脉冲力幅值相等时,脉冲响应频谱对应频率下的幅频与谐振下的强迫振动幅值相等。在建立响应等价关系的基础上,推导了仅通过脉冲响应频谱上有限个谱线信息所确定的某阶模态阻尼比的计算公式。利用船体梁模型验证了响应预报及阻尼比估算的准确性。完成了2块不同材料典型船体板单元模型的前8阶模态阻尼比测试,通过数值计算结合试验响应频谱验证了方法的快速性、可靠性。     

叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明：随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。     

圆柱壳在轴向压力作用下的稳定性和振动特性

利用Hamilton原理得出轴向压力作用下圆柱壳位移增量的动力学方程,推导了方程的解析解。通过数值计算,分析了轴向压力作用下圆柱壳的临界屈曲压力随壳体长度变化的曲线,讨论了壳体几何参数(L,h)变化和轴向力幅值变化对振动频率影响的变化曲线。数值计算结果表明,圆柱壳的临界屈曲压力与失稳模态紧密相关;圆柱壳的自振频率随壳体的长度增加而下降,随壳体的厚度增加而提高;圆柱壳的自振频率和最低频率随轴向压力的增大而下降。     

非均匀湍流场中螺旋桨噪声研究

针对螺旋桨在湍流中的非定常噪声问题，在均匀湍流下螺旋桨宽频噪声相关性法的基础上，推导了非均匀湍流下螺旋桨宽频噪声的公式。在均匀湍流的研究中使用了十桨叶螺旋桨模型，并将计算结果与试验数据进行了对比，发现吻合较好。对于非均匀湍流中的问题，研究发现湍流的不均匀程度不会对宽频谱波峰的位置产生影响，噪声谱波峰的位置仍然取决于叶频，湍流的不均匀程度只会改变叶频处的波峰高度。最后研究了均匀湍流和非均匀湍流中侧斜角对螺旋桨噪声的影响，发现桨叶侧斜角的存在会降低螺旋桨在湍流中受到的宽频噪声。     

电缆负载射频电磁辐射响应规律研究

采用基于有限积分法的电磁仿真软件CST建立等幅正弦波辐照条件下同轴电缆电磁耦合响应模型,研究终端负载电阻及电缆长度对终端响应电压的影响规律。结果表明,随着终端负载电阻的增大,响应电压逐渐增大,而后趋于稳定;不同频率条件下,电缆长度在一个波长范围内,电缆负载响应电压幅值先是随着电缆长度的增加而变大;达到最大值后,随着长度的增加,响应幅值反而减小。     

基于FLUENT的调距桨敞水性能数值计算方法探究

以某调距桨为研究对象,基于FLUENT数值计算软件,对螺旋桨转速和网格Y+值对敞水性能计算结果的影响进行了探究,并对调距桨不同螺距的敞水曲线进行了计算。结果显示,在J=0.6～1.0时,转速越小,计算值与试验值误差越小,而在大进速系数和小进速系数下,高转速计算结果相对低转速计算结果更趋近于试验结果;网格Y+在160～400范围内,所得敞水性能与试验值符合较好;相同的网格不能满足调距桨不同螺距的计算精度,对于调距桨不同螺距的计算,应该分别进行探讨,从而确定最佳的计算方案。上述结果表明:所提方法对调距桨敞水性能计算中的网络和选取工作有一定的借鉴意义。     

船用螺旋桨振动特性数值计算与分析

为了降低螺旋桨结构振动产生的水下辐射噪声,采用结构有限元耦合流体边界元的虚拟质量法,运用通用有限元软件MSC.NASTRAN计算了螺旋桨在空气中和水中的固有频率和振型,分析了流体与结构之间的相互作用对螺旋桨振动特性的影响。研究结果表明:虚拟质量法能够准确计算螺旋桨在水中的固有频率;螺旋桨在水中的固有频率要显著低于空气中的固有频率,且在水中的振动位移也比空气中小;无论在空气中还是水中,螺旋桨都存在三类基本的桨叶振型;螺旋桨在空气中和水中的振型存在差异,且随着频率的升高二者差异明显;对于不同阶桨叶振型,固有频率随模态阶数的变化显著,而对于同一阶桨叶振型,这种变化并不明显;对于同一阶桨叶振型而言,随着频率的升高,频率缩减比呈递增趋势,相应的附连水质量依次减小。     

泵喷宽带非定常激振力预报与参数分析

为预报泵喷推进器转子与湍流互作用宽频非定常激振力,在Sears函数的基础上,考虑随机湍流波的影响,推导了螺旋桨宽频非定常激振力预报公式,并与实验值对比验证了该公式。进一步考虑泵喷推进器转子工作在前导叶尾流场的情况,通过Gauss尾流模型建立叶片尾流湍流波数谱,通过经验公式计算叶片尾流场参数。推导得到泵喷推进器转子宽频非定常激振力预报公式,通过公式计算得到的宽频非定常激振力与数值计算结果相近。分析了流场参数的变化对推进器转子宽频辐射噪声预报结果的影响。研究得到,湍流强度只影响宽频非定常激振力预报结果的幅值,湍流积分尺度对幅值和频谱形状都有较大的影响。     

三种艉部附体方案的粘性阻力数值计算

水面船舶艉部附体不但影响船舶的阻力,而且对螺旋桨的伴流分数以及推力减额也会产生较大影响。近年来,越来越多的研究者都重视使用数值方法进行船舶附体优化设计。在分析某排水型水面船舶艉部附体特点以及优化目标后,设计出两套艉部附体优化方案。通过数值计算方法对这3种方案的船体带附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场的数值模拟。分析比较了它们的粘性阻力和螺旋桨桨盘面处的伴流,最后得到双尾鳍附件的最优方案。     

基于激励补偿的水声基阵互辐射阻抗控制研究

针对互辐射阻抗对水声基阵阵元表面振速的影响,研究了基于激励补偿的互辐射阻抗控制方法。首先分析了阵元表面振速与激励之间的关系,然后对比实际激励与理想激励的区别,得到激励补偿的计算公式,最后利用阵元间的互辐射阻抗修正了激励补偿计算公式。仿真结果表明:在低频、小间距基阵中,激励的幅度和相位需采用所提算法进行较大的补偿,以达到互辐射阻抗控制的效果。     

船舶尾部结构振动计算

船舶尾部结构的振动问题应同时从船体总振动和尾部结构的局部振动两方面来考虑。本文从这一基本认识出发,利用有限元法编制了船舶尾部结构振动计算程序,并以实船为对象进行了尾部结构振动的计算,取得了较好的效果。     

水下近场非接触爆炸载荷作用下加筋板毁伤变形的数值仿真研究

采用高动态非线性有限元程序MSC.Dytran对复杂加筋板结构在水下爆炸载荷下的动态响应和变形模式进行了仿真分析和模型试验,建立了复杂加筋板架结构水下爆炸作用下动态响应的有限元计算方法.研究了加筋板在水下爆炸载荷下的不同毁伤形式,并利用有限元程序对复杂毁伤形式进行了瞬态毁伤过程分析,认为一定药量近距离爆炸时局部破坏要先于整体破坏.     

泵喷推进器线谱非定常推力预报方法与试验验证

为预报泵喷推进器转子与周期性前导叶尾流互作用线谱非定常推力,忽略泵喷推进器转子叶片厚度,将泵喷转子简化为环形叶栅,根据片条理论,在半径r处截取泵喷转子分段,忽略流场参数沿分段径向的变化,从而可将该环形叶栅分段视为平面叶栅,在平面叶栅与简谐波互作用的基础上考虑周期性进流,推导得到前导叶分段与转子分段互作用线谱非定常激振力,转子分段周向积分得到非定常推力线谱预报公式,通过数值和试验方法验证公式的有效性。开展设计参数影响分析,得到当前导叶-转子间距与前导叶弦长的比值大于1时,转子-后导叶间距对转子单个叶片的激振力线谱推力几乎不存在影响。     

某空降型自行火炮着陆过程车体损伤评估

为了考核某空降型自行火炮着陆冲击过程的抗冲击振动性能,实装空投试验是检验手段之一,但是实装空投需要耗费巨大的人力和财力,而且试验条件不可控,因此,采用数值模拟分析是一条有效的途径。通过建立整炮的虚拟样机模型获取载荷,建立车体的有限元模型并对车体进行瞬态响应分析,得到车体着陆冲击过程的动应力和动应变,结合勒梅特损伤模型对车体的损伤量进行了计算。这种结合虚拟样机技术和有限元分析的研究方法可为大型空降武器的抗冲击振动试验提供参考。     

基于旋转点电荷模型的舰船腐蚀电场

为了找出轴频电场无法彻底消除及实际测量中静电场产生波动曲线问题的原因,基于旋转点电荷的建模方法对舰船腐蚀电场进行研究。利用汉克尔变换对点电荷在三层介质中产生的电场进行近似求解,得出一定转速下感应电场随时间、螺旋桨半径及水面距离变化的规律曲线图,并通过实验验证了理论结果的正确性。结果表明:螺旋桨旋转产生的感应电场是构成舰船腐蚀电场的一部分,一定转速下的感应电场频率与螺旋桨转动频率一致,并会随着螺旋桨半径及与水面距离的增加而减小。     

电化学极化状态对潜艇螺旋桨扰动电场模型的影响

潜艇服役期间涂层性能退变影响潜艇电场分布,以材料电化学极化状态为边界条件,应用边界元法建立潜艇涂层性能下降、涂层渗透腐蚀、涂层局部破损极化三种潜艇腐蚀静电场模型,从时域和频域特征对螺旋桨扰动电场模型进行分析。研究结果表明：电化学极化状态对螺旋桨扰动电场的电位信号特征及电场谐波频段影响显著。恒电位、线性极化、非线性极化三种边界条件下,螺旋桨以相同频率旋转扰动静电场时,各模型的频率成分占比差异明显。非线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最大,线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最小。三种边界条件下电场模型的3倍扰动频以上的谐波范围会发生改变,恒电位边界下模型谐波范围最小,非线性边界条件下谐波范围最大。     

螺旋桨梢涡卷起数值计算

通过解析公式计算得到面源和面偶的诱导速度,在面偶附近区域,用涡环代替面偶,计算得到螺旋桨的速度场,根据尾涡面必须和当地流体流速相切的原则,修正原来尾涡面的形状,逐步迭代直至尾涡形状收敛,用这种方法预报了三维水翼和螺旋桨的尾涡面的形状和梢涡卷起,与试验结果有较好的一致性。