系列头型空泡特征及其对细长体阻力特性影响的试验研究

为了了解不同头型的空泡特征及其对轴对称体阻力特性的影响,在高速水洞中试验研究了6种典型头体在不同空泡数下,轴对称体上空泡的几何特征以及相对应的阻力特性,分析了空泡数对轴对称体空泡特征与阻力的影响.     

支座弹性对压杆临界荷载的影响

在考虑支座弹性的情况下 ,研究了几种常见的压杆结构 ,推导出了计算临界荷载的方程式 ,给出了以稳定系数表示的临界压力的简明表达式及稳定系数列表。由于考虑了支座弹性 ,使本文提出的方法更具有一般意义和工程价值。     

不同推力与射流类型的火箭发动机排气噪声仿真研究

火箭发动机排气的气动噪声分析是降噪的基础。采用k-ε湍流模型和大涡模拟对发动机排气场进行仿真,再采用FW-H法对噪声场进行计算。对4种不同推力发动机的欠膨胀和过膨胀排气流场的仿真分析表明：排气场声功率级的分布与湍流强度的分布具有相似性,且有明显边界;声功率级在射流影响区域呈现锥形分布的特征,半锥角随推力增大但变化不大,在13°～16°;正激波后的声功率最大,此外噪声强度最大的位置介于马赫数为1的界面到燃气/空气界面之间;射流欠膨胀时,最大声功率在喷管出口下游,射流过膨胀时,最大声功率在喷口附近或内部;对于推力接近的发动机排气场,其噪声声压级基本相同,与射流状态无关;随着发动机推力的增大,声功率级最大值增大不多,而高声功率级的范围扩大是噪声增大的主因;发动机排气噪声的频率范围较宽,主频随着推力增大而降低的原因不是高频噪声降低,而是下游大尺度涡脉动引起的低频噪声增强。     

基于CFD仿真的扑动模式对扑翼气动性能影响研究

为了研究扑翼运动模式对气动性能的影响,基于CFD软件建立了一种多自由度扑翼气动性能计算模型。首先,结合翅翼的仿生外形建立了三维仿生扑翼模型,通过编写用户自定义函数(UDF)定义了翅翼的多自由度扑翼气动函数,在此基础上,运用CFD软件对不同自由度运动模式下翅翼的升力和推力系数进行计算;最后,结合翅翼表面的压力云图和涡结构变化揭示了运动模式对三维扑翼的气动力影响特征。结果表明：在扑翼迎风水平前飞时,扭转运动加快了翅翼尾缘涡的脱落进程,增强了尾缘涡的的强度,使扑翼的升力在数值上提升了0.25倍,推力系数则提升了4.69倍;水平挥摆运动会进一步增大尾缘涡的强度和形状,显著提高了扑翼的推力性能,并且当水平运动频率调控参数k=2时,扑翼的升力和推力性能会得到进一步提高。     

炮弹尾翼弦长对气动特性的影响

为研究炮弹新型尾翼结构,其弦长对气动特性的影响。基于尾翼稳定的要求,利用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,在验证数值方法的基础上,对不同尾翼弦长的炮弹流场进行了数值模拟,并对计算结果进行对比分析。结果表明：基于计算模型的可靠性,将尾翼弦长分为前、后弦长,在固定总弦长、增加后弦长时,阻力系数与升力系数均随之减小;在固定前弦长、增加后弦长时,具有减阻增升增稳作用。研究结果为不同结构限制下的弹体设计提供参考依据。     

基于MPSP算法的炮弹分段气动参数辨识

针对炮弹的气动参数辨识问题,提出了一种创新的辨识方法。受到常用于带有终端约束制导律设计的MPSP(模型预测静态规划)算法启发,将其运用在炮弹的气动辨识领域。以弹体纵向平面的质心动力学模型作为辨识模型,以炮弹速度、位置等飞行外弹道数据作为模型状态量,创新地将升力系数与阻力系数视作制导律中的“控制量”,基于MPSP算法在辨识步长内进行“制导”,使得预测的终端状态量满足实际外弹道状态量“终端约束”,从而得到“控制指令”(即待辨识参数)。以某型155 mm制导炮弹为背景,使用Matlab编制辨识算法程序对给定弹道数据的升阻力系数进行了辨识。辨识结果显示：当初始气动参数存在30%误差时,辨识算法平均可在170 ms内收敛至真值附近,辨识误差在2%以内。     

考虑湿蒸汽特性的饱和蒸汽汽轮机建模与仿真

为分析湿蒸汽对饱和蒸汽汽轮机运行特性的影响,首先根据饱和蒸汽汽轮机内汽液两相流的流动特点,分析了汽轮机在变工况过程中由于流通部分压力、蒸汽湿度以及金属壁面与水膜间换热等因素引起的蒸汽流量变化;然后,以某型舰用核动力装置主汽轮机为例进行仿真实验,并计算得到了该型汽轮机在典型变工况过程中的输出功率、螺旋桨转速、高压缸出口压力等外特性参数,以及水膜动态蒸发凝结量、蒸汽挟带液滴流量、金属壁面换热引起的蒸汽凝结蒸发流量等内部参数的变化。该研究成果在核电站和船用核动力装置仿真方面有一定的参考价值,对饱和蒸汽汽轮机的性能分析、运行优化和控制策略研究有一定的指导作用。     

两种声场模型下环境参数对Scholte波传播特性的影响

为了研究海洋环境参数对Scholte波传播特性的影响,首先在Pekeris海洋声场模型的基础上,建立了含沉积层的两层海底声场模型;然后,基于波动理论给出了Scholte波频散特征的求解方法;最后,分析了两种声场模型下环境参数(纵波声速、横波声速、密度、沉积层厚度、海水深度)的变化对Scholte波传播特性的影响。结果表明:两种声场模型下Scholte波均存在低频截止和频散现象,且能量主要集中在一个波长深度内,沉积层中横波速度的变化对Scholte波相速度影响最大。     

管道弯头对F(1,1)模态导波传播特性影响研究

为研究管道弯头对非轴对称弯曲波传播特性的影响,采用数值模拟方法研究了不同方向F(1,1)模态导波在弯头处的模态转换和散射特性。研究结果表明:不同方向的F(1,1)模态导波会产生不同的模态转换,其与弯头拱背-拱腹的夹角越大,模态转换程度越大,而夹角为0°时无模态转换产生;弯头会改变F(1,1)模态导波的方向并对散射F(1,1)模态导波幅值产生影响;不同于轴对称导波,影响弯曲波在弯头处反射和透射系数的因素除了弯曲半径和频率外,还有弯曲波激励角度。     

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。