不同护卫舰船型飞行甲板气流场特征研究

为了研究舰船气流场特征,对简化船型SFS1和SFS2以及实体护卫舰船型进行数值模拟,与风洞实验数据对比验证,分析了飞行甲板周围气流场特征．通过对SFS1船型的计算,得到了舰船中心表面压力系数的分布,发现涡在机库顶端分离、脱落并且再附着于飞行甲板,验证了飞行甲板表面马蹄涡的存在．算例结果表明护卫舰船体结构对空气的阻滞作用是涡分离和脱落的重要驱动力．对于实体护卫舰船型分别计算了0°和右舷30°风向角时的气流场工况,分析发现机库结构的形状和尺寸会影响飞行甲板周围涡旋的强度和位置．在0°风向角时,机库门敞开有助于改善飞行甲板的气流场状况．     

舰船尾部结构对直升机操作区流场的影响

为研究舰船尾部结构对流场环境的影响,以典型护卫舰简化模型SFS1为对象,选用通用软件ANSYS ICEM划分结构化网格并用ANSYS FLUENT标准k-ε湍流模型模拟了机库门开闭不同状态、不同机库高度及不同飞行甲板长度等特征结构的变化对直升机操作区气流场的影响.通过分析流场中的速度、压力等物理量,对比了不同工况下的流场环境.对比结果显示,机库高度越低、飞行甲板长度越长舰载机操作区的流场环境越好,机库门半开时流场环境较机库门关闭和全开状态时差,但是机库门关闭和全开两种状态相比没有明显的优劣之分.这可为在役舰船的改造和再建舰船的优化设计提供理论依据和数据支持,进而有效改善舰载机起降时的流场环境,提高海军指挥直升机进行安全着舰的能力.     

护卫舰气流场数值计算研究

为了研究护卫舰直升机平台气流场特征,提高舰载机起降安全性,利用FLUENT对孤立护卫舰简化船型SFS2进行数值模拟.计算结果与风洞实验数据对比验证,分析准确计算直升机平台周围气流场特征的数值计算方法.讨论不同网格数量,求解方法对流场计算结果的影响.利用FLUENT的UDF接口,加载在剪切流场中有更好表现能力的LK和MMK湍流模型,提高舰船气流场计算数据准确性.研究表明,气流场计算中使用稳态计算结果可以满足计算精度同时节省计算时间,LK和MMK模型可以更好地应用于护卫舰气流场计算,研究结果可以为气流场工程计算提供重要参考.     

濒海战斗舰气流场数值计算研究

为研究濒海战斗舰(littoral combat ship, LCS)的飞行甲板空气尾流场特性,本文采用仿真软件对"独立级"濒海战斗舰(Independence-class littoral combat ship, LCS-2)进行分析计算,将LCS-2的流场仿真数据与孤立护卫舰简化模型(SFS2)的仿真分析和风洞试验数据进行对比分析,得到LCS-2尾流场对其舰船甲板气动环境的影响。由对比结果可知:相较于SFS2,LCS-2在舰船起降甲板的大范围内均具备更适合舰载机起降的气动环境,起降甲板面积占船体总面积的比率以及机库门的倾斜程度同样对舰船尾流场存在明显的影响,研究结果能够对LCS的相关研究提供数据支撑。     

应用改进TOPSIS法的舰船气流场方案评价

为解决大型舰船甲板气流场评估阶段决策方法相对缺乏的问题,针对其各个影响参数之间评价的相似性的特点,初步构建舰船气流场评估指标体系,并将邓氏和斜率灰色关联度法相结合,改进了TOPSIS法.在此基础上,数值模拟了相同工况条件下3艘国外大型舰船的甲板空气流场状态,根据起飞、降落跑道速度和甲板面涡系变化等一系列评价气流场的关键参数,提出舰船甲板气流场的评价方法,进而对3艘大型舰船的甲板气流场进行综合评价.实例结果表明,应用改进TOPSIS法可以根据不同舰船气流场指标间的差异,对不同舰船甲板气流场方案予以评价,同时该方法可为今后舰船气流场评估提供一套有效、可行的新方法.     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

翼面结冰对翼身组合体气动特性影响研究

飞机翼面结冰会影响气动性能,危及飞行安全.针对翼身组合体的翼面结冰问题,设计3种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体,对结冰前后的绕流流场及气动特性,采用数值方法进行分析研究.利用多块网格技术,结合法向外推代数方法和求解椭圆型偏微分方程方法,生成计算网格,采用中心有限体积法、LU-SGS双时间隐式推进算法,结合B-L湍流模型,运用流场分区求解技术,完成绕流流场的N-S方程数值模拟.计算与试验数据进行对比分析,说明了所采用方法的可行性和正确性,并给出了不同冰型对气动特性的影响结果.     

SF6断路器开断电场和气流场统一求解的研究

应用ANSYS商用软件包对500 kV单断口高压SF₆断路器内部的电场、流场进行了二维建模与求解的研究.断路器的介质恢复特性决定于开断过程电场和流场的相互作用，由于两者计算区域不同，而且其计算边界条件又有差别，从而导致数值计算时网格生成很难达到完全一致，从而导致计算精度受到直接影响.因此，从解决网格生成入手，进行了其电场、气流场的数值求解研究，得到了断路器内部电场、流场情况分布图，并对结果加以分析，为高压SF₆断路器的绝缘设计提供了理论依据.     

舰船空气流场数值模拟及特性分析

应用计算流体力学技术对舰船空气流场进行数值模拟,对比了求解雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)与分离涡模拟(DES)的结果,总结了2种方法在舰船流场模拟中的特点。结果表明,舰船空气流场呈现出非稳态特征,基于RANS的数值模拟精度不足,而DES方法能够较为准确地捕捉流场中涡的生成和脱落,且与实验符合较好。接着采用DES方法对航母空气流场进行模拟,对比了不同风向下流场中的涡流特征及其对舰载机进舰轨迹上速度分布的影响。发现航母舰岛、甲板等钝体边缘产生相互干扰的复杂涡系,其导致舰载机进舰轨迹上产生强烈的速度波动,这种波动主要集中在航母后部甲板及邻近的尾流区,且随着时间的推进而变化,呈现一定的周期性。     

水平轴风力机流场的数值模拟

采用NRELS809翼型数据建立了水平轴风力机的整体模型及整机的流场模型.利用Fluent软件对模型进行仿真计算.结果表明,叶片截面形状对流场变化有影响.其中气流在叶片前后流场变化较大,叶片后部易出现涡流,存在负压,而叶片长度方向上的截面气流也有变化.     

基于改进人工蜂群算法的大型舰船主尺度优化

针对大型舰船方案设计的具体特点,选择了飞行甲板面积最大化、初稳性高最合理化、估算阻力最小化和横摇固有周期最大化等4个优化目标,建立了适用于大型舰船主尺度优化设计的多目标模型,并基于最小偏差法建立了统一的目标函数。采用人工蜂群算法对优化模型进行了求解,并对人工蜂群算法的初始化方法和观察蜂的选择机制进行了改进,通过仿真计算,验证了人工蜂群算法求解复杂问题的优越性和改进策略的合理性,以及该算法在船舶设计中应用的可行性。     

塔楼群玻璃幕墙碎粒飞行轨迹预测方法

结合某塔楼群玻璃幕墙的风灾实例,进行了塔楼群玻璃幕墙碎粒飞掷物的运动轨迹预测,研究了4种不同风场条件对幕墙碎粒飞行轨迹的影响。首先,在对大涡模拟方法及参数设置的有效性验证的基础上,通过紊流边界层风场内塔楼群的非定常绕流大涡模拟,获取了建筑周围的三维非定常绕流场。然后,采用五阶龙格库塔法,求解粒状飞掷物的三维刚体运动方程,通过均匀流场下飞掷物轨迹计算方法与文献试验结果的对比,验证了本文方法的有效性。最后,对比分析了不同流场条件对颗粒的飞行轨迹及飞行速度的影响。结果表明,本文飞掷物运动轨迹计算方法结合大涡模拟获取的流场能够对飞掷物飞行轨迹进行有效预测;对同一位置释放的颗粒,与理想均匀流场相比,三维自由来流场中颗粒的飞行速度和飞行距离相对较低;三维自由来流场忽略湍流成分时,会使颗粒的飞行速度进一步降低,而飞行距离增大;对于塔楼群三维非定常绕流场,与理想均匀流和三维自由来流场的飞掷物轨迹预测的结果相差较大,且飞掷物的飞行轨迹受绕流场中不同初始位置的影响较大,并可能显著影响最终的评估结果。因此,飞掷物的飞行轨迹应充分考虑建筑群周围的三维非定常绕流场和初始破坏位置的影响。     

方形波浪中船舶运动特性及安全航行策略

为了研究船舶在多向波与单向波中运动响应的差异性,基于计算流体动力学(CFD)方法和流体体积法（VOF）造波技术建立方形波浪的数值模拟方法. 采用动量源方法和强迫波力进行波浪叠加模拟方形波浪,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用（DFBI）模块研究S175船型在不同参数方形波浪中的运动响应,并将船舶在双向波浪和单向波浪中的运动响应进行对比分析,探究船舶在方形波浪场中不同航线下的运动特性. 研究表明,在大部分工况下,方形波浪中的船舶运动响应及甲板上浪较单向波浪中的大幅增加,其中船舶在方形波浪中出现明显的横摇运动,但合理选择航行路线可以使得船体运动及甲板上浪显著降低,从而提高船舶在方形波浪中的航行安全性, 为船舶遭遇方形波浪时的安全航行提供建议.     

Three-dimensional scattering center modeling and a fast SAR simulation method for ship targets

The direct SAR imaging method has a low efficiency when used for realizing the target echo simulation and SAR imaging,which will meet,with difficulty,the requirement of rapid SAR generation in the closed-loop verification process of sea detection guidance.In this paper,we propose a SAR simulation method based on three-dimensional(3D) scatter centers.First of all,the 3D scattering centers of a ship target from different perspectives are obtained by the 3D fast imaging based on the ray tube integral and 3D scattering center extraction based on the CLEAN algorithm.Then,the target SAR echo data and image aggregation processing are quickly calculated to obtain the SAR complex image through the geometric modeling of SAR imaging from the corresponding perspective.The method makes comprehensive use of electromagnetic scattering center extraction and complete SAR processing flow,which can significantly improve the efficiency and flexibility of target imaging simulation under the condition of maintaining the electromagnetic calculation accuracy.The calculation accuracy,efficiency,and flexibility of the proposed method are verified by taking a typical ship target as an example.     

主动射流控制对直升机着舰飞行的影响分析

为改善直升机舰面起降过程中起降安全性,基于单向耦合策略建立了一套适用于直升机/舰船动态界面（dynamic interface）研究的数值模拟方法,针对不同主动射流方案对侧风状态下直升机着舰过程中的影响进行了分析。首先,采用分离涡模拟（DES）方法获得不同射流方案下的艉流场数据,随后,将艉流场数据通过单向耦合的方式与直升机飞行动力学模型耦合,得到直升机在着舰过程受到的气动载荷与操纵量变化。从非定常载荷水平与操纵特性的角度,分析不同主动射流方案对舰船艉流场的非定常特征的影响。结果表明:射流装置安装在机库迎风侧水平边缘及垂直边缘均可以有效抑制直升机着舰过程中的非定常载荷水平。其中,垂直边缘射流方案能够实现舰艉流非定常特征与空间特征的解耦,保持直升机操纵余量不会降低;水平边缘射流方案则会增大艉流场侧洗分量,降低脚蹬操纵余量。而随着射流速度增加,垂直边缘射流方案控制效果会不断降低;水平边缘射流方案控制效果会先增高后降低。     

不确定因素影响下的混凝土结构温度场仿真计算方法

混凝土结构前期仿真计算各控制参数存在着不确定性,若将其忽略,计算结果的准确性甚至温控方案合理性将受影响。根据这些不确定性因素具有区间分布特性且缺乏统计资料的特点,引入了区间数学理论,推导了相应的区间有限元公式。通过分析,在摄动理论和区间单调性理论的基础上,提出了所推导的区间有限元整体方程的近似"最窄"解区间的求解方法。考虑到实际工程中水管冷却的一些影响因素也存在不确定性,提出了考虑冷却方案区间变化的的水管冷却温度场迭代计算方法。利用Fortran语言编制了相应的区间有限元计算程序,对某现场非绝热温升实验块进行仿真计算,通过计算结果与实测数据的对比分析,验证了算法理论及程序的有效性和准确性。     

舰载导弹未正常点火下落砸中舰体概率研究

为了对弹射升空后未能正常点火的导弹下落砸中舰体的概率进行研究,应用三维预报方法对某舰在波浪中航行的运动响应特性进行了计算,在此基础上建立了未能正常点火导弹运动轨迹的数学模型,根据蒙特卡洛法建立了用于计算导弹砸中舰体概率的数学模型.模拟舰船实际作战海况,进行计算分析,探讨了导弹发射角度、舰船姿态与发射导弹未能正常点火下落砸中舰体概率的关系,发现采用准垂直发射方式可以降低发生危险的概率.     

动态流量平衡阀结构优化与验证

针对动态流量平衡阀流量控制精度较低问题,依据孔板流量和同心环状缝隙流方程,初步设计阀芯开孔型线,提出压差补偿系数因子修正法对现有的型线公式进行了优化修正,基于大涡模拟(LES)湍流模型,数值模拟研究了优化前后动态流量平衡阀的流量控制精度和流量精度误差,对比分析阀芯开孔型线对阀内压力脉动强度的影响规律,并搭建流量测试试验台对所提优化方法进行验证。结果表明,压差补偿因子修正法优化阀芯开孔型线能有效降低阀芯端面压力脉动强度,提高动态流量平衡阀流量控制精度至3.7%,流场模拟计算和实验结果趋势上基本吻合。