无约束自由体有限元分析中的准静态法

在对某水下无约束航行体进行有限元静力分析的时候,由于无法限定结构的自由度而使刚度矩阵奇异,从而导致求解失败。为了解决这一问题,采用强迫约束法和准静态法(惯性释放)对此航行体进行了有限元静力对比计算,结果表明:用强迫约束法对水下航行体进行静力分析时,在施加强迫约束的部位出现了严重的应力集中现象,应力最大值为1.25×106Pa,应力集中使得整个结构的应力分布与实验数据相差较大,可认为计算结果错误;采用惯性释放法对其进行静力分析时,应力最大值为3.27×105Pa,整个结构的应力分布合理,与实验数据一致,计算结果正确。     

采用摆动喷管推力矢量控制弹性弹体数学模型建立

针对摆动喷管不同于空气舵的特征,建立了摆动喷管坐标系,具体分析了单个摆动喷管产生的力和力矩,详细推导了采用摆动喷管推力矢量控制弹体弹性振动方程;同时基于小偏差线性化条件,推导了俯仰通道的姿态运动方程;以上方程可用于采用摆动喷管推力矢量控制弹体弹性计算和控制系统进一步设计的依据。     

空压机实验装置的设计建造与性能研究

本文利用自己设计建造的空压机综合试验装置,根据气体流量测量的基本理论,对活塞往复式空压机的性能进行了实测研究与分析。从实验、实测到理论验证,证实了该装置设计是正确的、成功的。该装置能够全面、正确地测试出往复活塞式空压机的综合性能。     

环境温度对导弹发动机点火时机的影响及控制策略

针对埋入式进气道在发动机点火时刻对导弹飞行攻角的严格限制,提出了攻角点火窗口的概念;以助推器在低温、常温和高温下的推力数据为基础,分别计算了导弹飞行攻角进入攻角点火窗口的时刻,并对时刻差异进行动力学分析;为消除环境温度变化对点火指令发出时机的影响,引入伪攻角信号,设计攻角控制律。半实物仿真结果表明,该控制方法能有效消除环境温度变化对导弹飞行攻角进入攻角点火窗口时刻的影响,且能够使导弹攻角在发动机点火过程中保持稳定,具有一定的工程实用价值。     

喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计

喷嘴是产生高压水射流的关键部件,其结构形式对射流动力学性能有很大影响。以圆柱形喷嘴为对象,进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。为节省计算资源,在优化设计时引入Kriging代理模型替代计算流体力学模型。分别采用改进的非劣分类遗传算法和基于分解的多目标进化算法进行单目标和多目标优化设计。研究结果表明:直线型喷嘴总体性能较优,凹型喷嘴的次之,凸型喷嘴性能最差。以直线型喷嘴为设计对象,以射流初始段长度和流量为目标,得到了单目标和多目标优化设计结果。单目标优化时,两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。多目标优化时,优化得到的半锥角处于[15.4°,89.8°]区间内。运用代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。     

基于输入输出线性化的深海潜标姿态控制

针对当前深海潜标水下不能主动调整姿态的问题,提出了一种基于矢量推进螺旋桨的主动姿态控制方法.首先,利用凝集质量法建立潜标缆索在深海环境中的运动模型,解算张力及缆索构型;然后,联立潜标六自由度运动方程,耦合缆索两端的边界条件,采用四阶龙格-库塔法解算获得潜标的运动要素与姿态变化;最后,针对潜标运动的非线性数学模型,提出了一种基于输入输出线性化的状态反馈姿态控制律,并编制Matlab程序进行仿真.仿真结果表明:该控制律能够使潜标姿态跟踪到参考姿态.     

两相流喷管面积比和扩张段型面的优化计算

喷管面积比的选择和气动型面的设计是喷管设计中的一个重要课题。本文应用二维两相喷管流场计算程序和直接优化法,对喷管面积比及扩张段型面进行了二维寻优计算。计算表明:考虑二维两相流损失的推力最大的面积比要明显小于理论最佳面积比;对于锥形喷管,能量最佳面积比大于冲重比最大的面积比,而对于特性喷管,只是稍大一些;特性喷管的最优型面,就是最佳面积比下的最佳型面。     

前喷管燃气流对火箭飞行稳定性的影响

本文分析了具有前喷管的火箭弹在主动段的受力情况。指出,当超音速飞行时,在前喷管附近的弹体表面上产生一个局部高压区,由此形成一个翻转力矩。从而解释了在主动段超音速飞行中为什么会出现不稳定飞行。     

超音速外流与塞式喷管形成的干扰流场数值模拟

从考虑了k ε湍流模型和双组分气体模型的三维薄层近似NS方程出发 ,采用高效ENO差分格式 ,数值模拟了超音速空气外流与塞式喷管燃气形成的内外流干扰流场。部分计算结果与国外文献相比一致。在此基础上论证了应用计算流体力学开展塞式喷管研究的可行性。     

水下缩比航行体热尾流的红外探测实验

根据缩比模型,建立缩比红外成像实验测试系统,对水下航行体的体积、航行深度、运动速度、尾流排放等进行缩比设计,设计多种实验工况,可实现缩比目标模型红外尾流的静态和动态测试。一方面明确红外尾流的可探测性,另一方面掌握红外尾流可探测性的影响因素以及红外尾流的变化规律,为下一步工作奠定基础。缩比实验结果表明,利用区域灰度均值和均方差的起伏变化可有效探测水下航行体水面尾迹。