回转体垂直入水过程数值模拟

针对回转体垂直入水流体动力问题,基于RANS方程、VOF多相流模型和动网格技术进行数值模拟分析,通过试验结果对数值计算模型进行验证,获得垂直入水过程中自由液面及物体表面附着空气泡的发展演化过程,研究回转体不同入水速度对流体动力分布特性的影响,为工程设计提供借鉴与参考。     

基于ALE方法的弹性圆柱壳入水时的流固耦合模拟

为了获得头型及材料弹性对圆柱壳入水过程中头部变形、压力分布、入水空泡形态及入水运动状态的影响,采用ALE方法,基于有限元软件ANSYS\LS-DYNA,对平头、120°锥角、90°锥角弹性圆柱壳的入水过程进行了数值模拟,对平头弹性圆柱实体和平头刚性圆柱壳进行计算,并对模拟结果进行对比。结果表明:入水过程中空泡直径随着锥角的增大而增大,锥角越大,圆柱壳上表面的变形越大,最大变形出现的时间越早:平头弹性圆柱壳在0.1 ms时出现最大变形0.84 mm,120°锥角弹性圆柱壳在0.3 ms时出现最大变形0.54 mm,90°锥角弹性圆柱壳在0.5 ms时出现最大变形0.43 mm; 下表面受到的压力越大,圆柱壳的速度衰减越快; 平头圆柱壳下表面的变形与振动频率大于上表面; 上表面的变形是由惯性引起的,下表面的变形是由流体冲击力引起的。     

基于数值仿真的球体垂直入水空泡演化过程研究

为研究球体垂直入水空泡的演化过程,基于N-S方程、VOF多相流模型及动网格技术,对球体的垂直入水过程开展了数值仿真模拟并进行分析。球体入水初期受到较强的冲击载荷并产生喷溅,球体入水后会产生和大气相连的入水空泡,空泡形成之后,依次经历发展、闭合以及溃灭等演化阶段,空泡受到的周围流体压力是空泡发生深度闭合的主要原因,空泡在闭合后会产生上下两股高速射流。结果表明：数值计算得到的球体垂直入水空泡形态和试验结果吻合良好,验证了仿真的准确性。     

水下航行体发射管内流场的数值模拟研究

由于水下航行体发射管内的流场非常复杂又不宜于测量,因而很难得到航行体发射过程中的流场分布情况。文中的主要目的是数值模拟水下航行体在发射管内的运动规律和压力分布。通过工程计算的方法得到了水下航行体在发射管内的运动曲线,在此基础上利用Ansys软件的Flotran模块动网格技术对发射管内流场进行了实时仿真,得到了航行体表面的压力分布。     

波浪对航行体高速入水载荷特性影响

波浪条件下航行体高速入水的载荷特性是影响该类航行体总体方案及结构设计的关键因素.采用流体体积多相流模型和动网格技术建立高速入水数值模拟方法,通过试验验证计算方法的准确性和适用性,并分析入水角度和波浪参数等因素对高速入水轴向载荷的影响规律.结果表明:轴向冲击力系数峰值随着入水角度增大而增大,且与入水角的正切函数值呈线性关...     

预置舵角对跨介质航行体入水尾拍运动影响试验

为研究预置舵角对跨介质航行体高速入水过程尾拍运动特性的影响，搭建高速入水试验平台并设计带有内测单元的试验模型，开展入水角为20°时不同预置舵角下跨介质航行体高速入水试验研究。采用高速摄像机记录入水空泡，同时由内测单元测量航行体的运动参数和表面压力，分析预置舵角对跨介质航行体高速入水过程中空泡发展特性、入水运动特性以及表面压力的影响规律。试验结果表明：跨介质航行体入水过程中先后经历滑行运动阶段和尾拍运动阶段，尾拍形成的法向过载最高可达滑行产生法向过载的2倍；入水距离约5倍航行体长度时，入水空泡形成闭合，泡内压力在闭合前后呈先降低后增大的变化趋势；入水空泡闭合时，随着预置舵角增大，形成的附体空泡与主体空泡发生分离，在预置舵角为10°时，空泡尾流出现双涡管现象；预置舵角越大，跨介质航行体入水转平/偏转能力越强，当形成单侧尾拍运动后，航行体爬升效率提升。     

高超声速升力前体构型设计与数值分析

采用楔形角方法设计生成了一种小型高超声速巡航飞行器升力前体构型,利用带惩罚函数的单纯形法对得到的升力前体进行了优化设计,通过数值模拟方法研究了优化设计后的升力前体气动特性.结果表明:楔形角方法是一种生成高超声速飞行器升力前体的高效方法;升力前体在不同飞行马赫数下上下表面存在压力沟通,将导致前体预压缩面在展向存在横向流动,造成进气道进口流场不均匀;采用在升力体两侧增加侧缘的方法可有效减小前体预压缩面横向流动,提高前体升力.     

采用合成射流激励器的小口径枪榴弹弹道修正仿真

针对小口径枪榴弹尺寸小，舵面和舵机执行机构进行弹道修正存在困难这一问题，采用基于合成射流激励器的小口径枪榴弹弹道修正。首先采用计算流体力学软件对单个合成射流激励器模型进行数值模拟，获取合成射流激励不同时刻振动膜的外形变化及对应的喷口流速分布；在此基础上，将合成射流激励器布置在枪榴弹弹体内，指定振动膜的振动方式，通过网格重构算法计算合成射流-弹体绕流-体化流场，获取合成射流激励器作用下弹体表面射流喷口速度与弹体法向力；最后通过6D弹道模型计算小口径枪榴弹的弹道，评估修正弹的修正能力。仿真结果表明，合成射流激励器作用时能够影响小口径枪榴弹尾部局部流场，改变弹体表面压力分布并产生法向力，该力能够满足小口径枪榴弹在射程和横偏方向修正能力需求。     

带捆绑助推器的运载火箭无粘超音速绕流的数值模拟

本文介绍用叠加网格技术对带捆绑助推器运载火箭多箭体的无粘超音造绕流进行的数值模拟方法。这种方法把有充足叠加区域的独立优化的网格用在芯级和每一个捆绑助推器上。流场参数通过叠加区域从一个网格传送到另一个网格。在每一个网格里,用激波捕获技术积分守恒型的欧拉方程。作为一个为模拟超音速绕流建立叠加网格方案的试验,考虑了带捆绑助推器的芯级在M_∞=2.5,零攻角时的简单情况。本文介绍的数值结果是捆绑助推器上的等压线、压力分布、气动载荷分布和侧力变化值。文中把该结果与试验数据及其它数值结果进行了比较。最后,得到带两个助推器的芯级的结果,并把所得压力系数与试验值进行比较。该数值结果表明,叠加网格稳定并能准确地捕获带捆绑级运载火箭无粘流场的所有重要特性。     

半疏水-半亲水球体垂直入水空泡数值仿真研究

采用流体体积多相流模型耦合连续表面力模型,对具有非对称表面润湿性的半疏水-半亲水球体垂直入水空泡形态发展过程进行数值仿真,分析了半疏水-半亲水球体垂直入水过程中受到的流体动力。研究结果表明：半疏水-半亲水球体垂直入水后,产生非对称入水空泡及“心”型喷溅,同时球体运动轨迹将偏离原竖直运动轨道,由疏水半球一侧向亲水半球一侧偏斜;入水初期,在球体表面形成液体薄层运动,在疏水半球一侧,液体薄层与球体表面分离,导致空气进入形成敞开空泡;在亲水半球体一侧,液体薄层沿球体表面向上运动最终在球体顶点汇聚;液体薄层汇聚后形成楔形流,楔形流在球体顶点与球体表面分离,继续向疏水半球一侧产生的入水空泡壁面运动并撞击,形成“心”型喷溅。     

形状修改结构静响应的快速重分析

提供了一种用于结构静响应快速分析的边界元摄动法。本方法把结构的形状改变看作其边界节点坐标在某一确定值邻域内的摄动，利用此边界元为基础的摄动理论，得到修改后结构的位移、面力、应力。给出了二阶摄动法与迭代摄动法的计算格式；并指出了其应用范围；算例证明了本方法的正确性和有效性。     

粉尘燃烧多相边界层

激波掠射粉尘床表面时，将诱导粉尘燃烧多相流边界层，该文描述了此多相边界层的理论模型及相应的边界条件。数值模拟结果揭示了上述粉尘燃烧边界层的基本结构与特征。     

水中目标自由场声辐射特性还原及远场声辐射热区识别

获取水中目标的声特性对目标识别和分析十分重要。为解决水中目标声特性测试中自由场条件难以实现的问题,消除结构表面能量流对远场声辐射热区识别的干扰,提出结合基于边界元自由场还原技术和表面贡献法的声场分离技术,实现水中近场非自由场环境中获取水中目标的声特性和识别远场声辐射热区。数值模拟结果表明：非自由环境下基于边界元的声场还原方法还原得到的声场声压、声功率等特性,与直接在自由场获取的结果基本相同;进一步利用表面贡献法过滤掉循环于振动结构表面的能量流,能够在近场识别远场辐射热区。该方法突破了测试环境限制,可大幅降低测试费用,具有一定的工程应用价值。     

某制导炮弹二维两相流内弹道性能分析与数值模拟研究

为了研究某制导炮弹二维两相流内弹道性能,简化两相流多维数值模拟中弹底运动边界处理的复杂性,提高运动边界处的计算精度,建立了基于任意拉格朗日欧拉方法的某制导炮弹内弹道二维气-固两相流模型,空间上采用具有TVD特性的高阶MUSCL类型的有限体积法对方程进行离散,时间方向采用4阶Runge-Kutta方法进行时间推进。通过拥有解析解的数值验证算例,验证了数值格式以及动网格生成方法的准确性。对某大口径制导炮弹内弹道膛内循环过程进行二维两相流数值仿真。模拟结果准确地反映了整个内弹道循环膛内两相流动特性及其发展过程,并与实验结果有较好的一致性。同时分析了不同点火因素对该制导炮弹内弹道性能的影响,为后续深入优化该制导炮弹内弹道性能及发射安全性提供了理论基础。     

无人机箱式发射助推火箭燃气流场数值模拟

对计算流体力学中的域动分层法动网格更新技术进行了阐述,并且应用该方法对无人机发射时的燃气流场进行数值模拟,得到全流场参数在三维空间上的时间分布.无人机每个时刻的运动速度事先根据推力曲线计算好,随着无人机的运动,根据相应变化的运动边界更新网格,并且计算新网格下的流场分布,相应的流场边界条件也会发生变化.通过分析计算得到的箱上各监测点的压力分布曲线,了解冲击波在箱体表面传播的过程和产生的影响,结果可以为工程应用提供有力的参考.     

等离子体激励对飞行器流场影响的数值研究

针对传统飞行器控制方式的缺点,采用小尺度等离子体流动控制技术对飞行器流场影响进行研究。在前人的实验模型及飞行参数进行研究的基础上建立三维模型,采用数值仿真方法,研究了等离子体激励器位置和注入能量大小对飞行器流场及表面压力分布的影响。仿真结果表明：等离子体与边界层的相互作用可改变飞行器外部激波的初始结构,并在激励位置附近形成局部高压区;随着注入能量的增加,高压区峰值及作用范围分别扩大;等离子体激励产生的扰动具有三维传播特性,对飞行器侧壁面甚至对整个壁面周向压力分布产生影响。     

对称边界条件下轨道炮有限元／边界元仿真

基于deal．ii编写了电磁轨道炮有限元仿真程序,建立了拉格朗日运动坐标下电磁轨道炮的有限元仿真模型;通过使用有限元边界元耦合方法可以对电磁轨道炮的边界条件进行计算,而无需对轨道炮周边的空气划分网格,是一种处理电磁场边界问题的有效方法;但是,由于边界元方法,使用的是满秩矩阵,在三维情况下计算量大,利用轨道炮的对称性,使用对称边界条件,减少了参与计算的网格数目,从而减少计算量。     

便携式水下航行器近水面航行波浪力计算分析与预报

基于三维势流理论,运用边界元法计算便携式水下航行器近水面航行作业时受到的波浪力,计算入射波不同参数和航行器上浮和下潜时不同姿态组合下航行器受到的波浪载荷。分析发现可以采用航行器的实时纵向位置来代替有航速情况下的遭遇频率,考虑各因素影响并对波浪力的数值计算结果进行函数拟合。该方法拟合得到的波浪力计算公式可以直接加入航行器运动控制方程中,为评估水下航行器在波浪载荷下的操纵性研究带来了方便。     

DNAN 基熔铸炸药成型过程数值仿真

为模拟DNAN 基熔铸炸药成型过程,采用结构网格计算流场和温度场、非结构网格计算应力场的方法,得到DNAN 基熔铸炸药冷却凝固时清晰的固液界面以及合理的缩孔缩松及热应力分布。通过对比研究,在一定模具和装药尺寸条件下,提出减少DNAN 基熔铸炸药装药缩孔缩松、降低热应力极值以及缩短凝固时间的优化方案,方案为模具上表面保温1 h,模具下表面30 益恒温水浴。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型。将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献［6］经验公式及文献［17］试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程。利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿真模型,计算并分析多工况下鱼雷近场爆炸对舰船的毁伤模式。研究结果表明：近场不同边界条件对水下爆炸气泡脉动载荷具有重要影响;不同工况下冲击波、气泡脉动及水射流载荷与舰船结构存在复杂的耦合作用;鱼雷在近场不同工况下对舰船的作用展现出了不同的能量输出结构,与舰船最终的毁伤模式密切相关,且存在最优爆距使鱼雷作用于舰船的总能量最大。