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。     

低噪声螺旋桨的快速几何重构和水动力性能预报

采用基于涡格升力线理论的开源程序OpenProp对低噪声螺旋桨进行了几何重新设计和敞水性能曲线预报,分析了非均匀进流对敞水效率的影响,并对开源程序应用于螺旋桨几何重构和水动力性能预报上的精度由DTMB 4119标准桨给予了校验。结果表明:重构4119桨的敞水性能曲线与原桨实验值在大范围进速系数内吻合良好,重构低噪声桨的敞水性能曲线也与原桨模型试验测量值吻合一致,证明了该开源程序在普通桨以及低噪声桨几何重构和水动力性能快速预报上的适用性,可直接用于舰艇初始方案设计阶段的螺旋桨设计分析。     

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。     

基于 CFD 方法的螺旋桨水动力性能预报

运用计算流体力学软件对粘性流场中敞水螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了某型螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布以及螺旋桨后尾流场情况等.在数学建模的过程中,利用 FORTRAN 语言编制了计算螺旋桨型值点的程序,然后把计算值导入 Fluent 的前处理器 Gam-bit 进行建模,并采用样条曲线去拟合各个型值点,从而建立了光滑的三维螺旋桨表面外形.介绍了利用Fluent软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某一标准螺旋桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较.由对结果的比较分析可知,基于 CFD 方法可以形象、真实地获知螺旋桨表面的压力以及尾部流场的分布情况,并且数值仿真结果可以满足工程应用.     

影响桨毂帽鳍助推效率的主要参数

为了分析影响毂帽鳍的水动力性能的各种因素,采用计算流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行了计算研究,模拟了某型毂帽鳍在不同参数和不同进速系数下的效率变化曲线。通过对计算结果的对比分析可以得出:毂帽鳍的半径最好不要大于螺旋桨直径的1/3,否则会产生过大的反向推力,造成附加推力的下降;毂帽鳍要处于合适的安装角度范围内,才能使得它对螺旋桨的综合效率最大;轴向位置也存在一个最佳值,过大则桨对毂帽鳍的诱导速度会随之降低,而过小桨叶和鳍片之间的干扰会造成扰流,导致效率的下降。同时,从整个桨的静平衡和回收效率考虑,选定鳍叶数和桨叶数相同较为合适。     

基于B样条的螺旋桨升力面设计

为了改善螺旋桨的空泡性能,从效率和空泡性能2个方面的权衡来确定环量分布.在升力面理论设计中计及桨毂的影响.桨叶几何用较少的B样条控制角点来表示.将升力面理论计算的控制点处法向速度的平方和作为优化目标函数,并通过最小化目标函数得到桨叶几何.     

潜艇内置推进系统水动力设计

为提高潜艇推进效率,降低潜艇阻力和噪声,提出了一种潜艇内王推进系统及其结构布局,初步建立了内置推进系统的理论分析方法和设计思路.对推进系统的管道进行了参数化设计,并借助计算流体力学软件,用体积力代替螺旋桨产生的力场,对不同管道参数下的潜艇周围及管道内部的流场进行了数值模拟,结果表明:增大管道的进口面积可以减小管道阻力,...     

舰船推进系统液力偶合器滑差变化规律分析

研究了将液力偶合器滑差特性用于舰船推进系统稳态特性分析和机-桨联控曲线设计,由此发现滑差变化规律.分析了两种正常工况和五种应急工况下的"船-桨-机"匹配稳态特性以及用液力偶合器滑差所做的主机负载判别.有关滑差的主要研究结果有:按螺旋桨特性工作时,液力偶合器滑差的大小既取决于船体阻力特性(它决定了螺旋桨负载特性),又受液力偶合器自身的"效率-转速"相关性(运转特性)的影响.     

导弹飞行轨迹运动参数的稳健回归

对导弹飞行轨迹分析中的运动学方程参数求解拟合问题进行了研究,给出了运动学参数的数值计算方法,对参数拟合误差进行了分析.采用了基于B样条函数基的参数稳健回归拟合方法,有效降低了测量异常值对计算结果的影响,提高了拟合精度.试验结果表明:该方法能很好地解决导弹运动参数的曲线拟合与误差分析问题.     

螺旋桨定常/非定常水动力性能 CFD不确定度分析

为评估计算流体力学(CFD)方法预报螺旋桨定常及非定常水动力性能的可信度,分析了误差来源并提出改进措施,采用RANS方法并选用SST k-ω湍流模型选取三套网格和三种时间步长对DTMB 4119螺旋桨的定常及非定常水动力性能进行了数值计算,并对计算结果进行了验证与确认。不确定度分析结果表明:螺旋桨定常水动力性能在设计及低进速系数时得到确认,高进速系数时未得到确认;可采用加密网格的方式降低数值不确定度,从而将评估模型误差用于改进计算模型;非定常水动力性能修正后的数值不确定度小于1%,可在2%～3%的水平上得到确认,能够满足其计算精度要求。     

水下发射循环管路系统水动力性能的仿真分析与验证

为了控制闭式循环管路系统内高压水的脉动规律、降低水下发射系统的瞬态发射噪声,需对水动力进行准确的建模和分析。首先,模型中引入了活塞运动加速度项,采用一维解析方法建立了管路系统的水动力模型;然后,运用该模型分别对活塞运动低、中、高三种不同速度工况进行了仿真计算分析,得到了发射过程中不同特征测点处流体脉动压力曲线,并与假海试验平台原型样机模拟发射实验的测量结果进行了对比,结果表明二者吻合较好,由此验证了水动力模型的正确性与通用性。     

基于田口法的感应点火系统中线圈参数优化分析

针对如何提高感应点火能量无线传输效率,建立感应点火的数学模型和Maxwell同轴螺线管型线圈模型,通过分析初、次级线圈间无线电能传输效率关系,将对传输效率影响较大的参数作为田口法的控制因子,基于田口法建立直角表进行仿真分析,得出了各影响因子对传输效率的强弱关系,得出经过田口优化后的最优参数组合,并通过实验验证了仿真分析的正确性。研究结果表明：各影响因素对互感的影响程度先后顺序为次级半径、次级匝数、初级匝数、初级螺距、初级半径、次级螺距。对感应点火能量传输效率与可靠性的提升具有较高的理论参考价值。     

灰色直接迭代建模在武器故障预报中的应用

武器系统故障数据常呈现出非等时距、随机性及非准光滑特性,不满足GM(1,1)的建模条件。为此,引入故障信息序列的导数作为建模的白化值,并使用迭代优化算法进行参数优化,从而构建灰色直接迭代GM(1,1)模型。同时,直接迭代建模可有效利用数据第一点的信息,建模时不需累加生成变换和还原处理,算法简单可行,可以有效解决武器系统贫信息状态下的故障预报问题。仿真结果验证了该模型对于实际武器故障序列具有较高的拟合和预测精度。为了解和掌握武器质量状态的发展规律提供了可行的方法。     

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。     

高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化方法

为进一步提高高超声速飞行器的突防性能,提出高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化方法。考虑飞行器180°×360°方向的雷达散射截面,针对原数据尖峰多、收敛难的难题,运用高斯滤波法对其进行预处理,既不改变原数据趋势又加以平滑,提高优化问题收敛性能。为使计算所用雷达散射截面数据具备较强的保真性,采用三次样条插值方法调用离散数据计算实时雷达散射截面。完成了高超声速飞行器低可探测性滑翔弹道优化问题的建模,以探测概率为目标函数,运用hp自适应Radau伪谱法优化求解,采用逐步计算策略进一步提高优化效率和收敛性能。与传统最短飞行时间弹道对比表明,该方法有效降低了飞行器被雷达发现的概率。     

永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻优化设计

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步优化电机的转矩特性,将永磁体应用在开关磁阻电机之中,设计了一台三相12/10极永磁磁通控制型混合励磁开关磁阻电机。在分析该电机结构和工作原理的基础上,采用电机设计理论对该电机进行结构设计,并且采用有限元软件进行仿真。在瞬态场条件下验证了该模型的正确性,在稳态场条件下仿真得到电感特性曲线、磁链特性曲线和转矩特性曲线,建立了精确的非线性模型。仿真结果表明该电机的转矩特性得到了明显提高。最后,采用遗传算法对电机主要结构参数进行了多目标优化设计,进一步提高了该电机的平均转矩并降低其转矩脉动。     

“尼罗河魔鬼”长背鳍波动包络线的提取算法

"尼罗河魔鬼"采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类.在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能.长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数.拍摄实验样本(MPC-I)的自由游动视频,从中选取多组平稳运动图像序列,经旋转校正、零点配准、尺度归一、小波去噪等预处理后,提取了柔性长背鳍波动推进时的顶端边缘轮廓样本曲线簇,进而给出了波动包络曲线的多项式拟合方程.实验结果表明长背鳍波动包络线提取算法是有效的,根据算法所提取的长背鳍波动包络线方程为后续的推进力及推进效率的分析奠定了基础.     

基于可靠性仿真的液压系统稳定性优化设计

以锚绞机液压系统为研究对象,利用AMESim软件进行故障仿真分析,建立故障物理模型;应用可靠性仿真和优化设计等方法,进行液压系统稳定性优化建模,给出优化设计方案。考虑到液压响应非线性强,为提高优化计算效率和收敛性,采用试验设计和径向基函数相结合的响应面模型拟合方法。结果表明：相对于原方案,液压系统优化方案的可靠性、稳定性得到大幅度提升。系统的稳定性从68%提高到89%,可靠性从0.143和0.414提高到0.81以上。     

(修，2撤3)关键几何参数对超声速膨胀器流场和性能影响的数值研究

为了揭示关键几何参数对超声速膨胀器流动特性影响的规律,对3种隔板安装角和5种出进口面积比超声速膨胀器设计工况下的流场进行了数值研究。结果表明：随隔板安装角增加,斜激波向出口迁移,斜激波强度略有降低,超声速膨胀器膨胀比减小,效率提高;随出进口面积比增加,流道内高速区显著扩大并逐渐靠近压力面,斜激波增强,出口流动损失增加,超声速膨胀器膨胀比增大,效率降低。为获得综合性能较优超声速膨胀器结构,需在较小出进口面积比和较大隔板安装角之间做折衷选择。     

基于参数化建模和响应面优化的箱体减重研究

针对采用经验设计法开展发射箱结构轻量化设计的局限性和盲目性导致严重影响总体设计及研发效率的问题,以ANSYS Workbench为软件平台,结合参数化建模和响应面分析技术,设计并实现了一种对箱体进行减重优化的流程。将发射箱结构合理简化为加筋柱壳结构实现了简便快捷参数化建模,采用最佳填充空间设计法和克里金插值算法进行试验点的选取和响应面的拟合及检验,并在此基础上利用遗传算法进行设计点的寻优。对导弹发射箱进行的减重优化设计,验证了本研究提出方法的有效性。同时本研究所提出的方案技术门槛低、扩展性强,可以推广到各类箱体或其他结构的优化设计中。