高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。     

水下高速航行体超空泡减阻特性数值模拟研究

利用CFD商业软件Fluent6.2对水下高速航行体超空泡流进行了数值模拟研究,计算了带圆盘与圆锥两种头部空化器航行体的阻力特性,详细分析了空化器直径、锥角、航行体长细比对超空泡减阻特性的影响,并计算了高速水下航行体自然超空泡减阻率,结果表明,在超空泡形态下,带圆盘空化器头部的水下高速航行体,更加有利于超空泡的减阻,超空泡减阻率可达95%以上.研究结果为进一步研究水下高速航行体的结构设计和水动力布局提供了理论参考.     

小攻角下水下高速航行体超空泡流特性研究

为研究小攻角下水下高速航行体超空泡形态及水动力特性,利用商业CFD软件Fluent6.2,对小攻角下高速航行体超空泡流进行数值模拟,分析了空化数、攻角对水下高速航行体空泡形态以及水动力特性的影响规律.研究表明,攻角为能够明显改变空泡形态的轴对称性;攻角越大,航行体的阻力系数也增大,不利于超空泡的减阻,甚至会导致航行体的失稳.研究结果将为开展水下高速航行体超空泡实验研究提供理论参考.     

航行体锥段线型对自然空泡特性影响的数值模拟

针对多种不同锥段线型的航行体,对其自然空泡形态及减阻特性进行了数值模拟研究.得到了各条件下空泡形态随空化数的变化关系、拟合曲线,以及阻力系数随空泡长度的变化关系.通过对比分析,得出了航行体锥段线型对空泡形态及减阻特性的影响规律.结果表明,锥段线型对空泡形态影响不明显;当空泡闭合于航行体锥段时,锥段线型为圆弧的模型阻力系数较小;而当空泡闭合于航行体柱段或形成超空泡时,各模型阻力系数趋于一致,几乎不受锥段线型影响.     

水下航行体通气超空泡的实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究.采用通气的方法在较低水速下(V=7-15 m/s)生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗洛德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,给出了通气空泡长度与通气率及弗洛德数的经验公式.研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,空泡长度一定时,通气率随弗洛德数的增加而减少;重力场造成了空泡形态的严重不对称,通过比较相同空化数下自然空泡与通气空泡的长度,定量地给出了弗洛德数对通气空泡长度的影响.当Fr=43.74时,重力场对通气空泡长度的影响几乎可以忽略.     

水下高速航行体超空泡流动研究进展

介绍超空泡流动特性、空化器设计、航行体稳定性的理论建模和实验研究;对超空泡流动进行数学模拟,发展合理的空化模型、湍流模型等,并对该领域的研究方向进行了展望。     

航行体出水过程空泡溃灭特性研究

航行体水下高速运动时,表面出现空泡现象.在出水过程中,出现空泡溃灭现象,对航行体的表面受力及力学环境有重要影响.本文通过计算和试验工作,对空泡溃灭进行分析,研究了空泡溃灭造成的压力机理,讨论影响空泡溃灭的因素.     

水下航行体通气超空泡减阻特性实验研究

为了研究超空泡的减阻效果,保证在较低流速下生成超空泡,在水洞中开展了水下航行体通气超空泡的实验研究.采用通气的方法在较低水速下生成人工通气超空泡,通过改变通气率和弗劳德数,获得了不同条件下通气空泡的长度,以及不同空泡长度下的模型阻力系数.研究表明,来流速度不变时,空泡长度随通气率的增加而增加,阻力系数随空泡长度的增加先递增后递减;空化器直径对阻力系数的影响较大,在大弗劳德数条件下,阻力系数会因空化器直径过大而出现随通气量的增加而变大的趋势.利用商用软件对超空泡形态及阻力系数作了数值仿真,并与实验结果作了对比,两者符合较好.     

超空泡航行体自导作用距离需求分析

为开展自导超空泡航行体的研究,评估其最短自导作用距离尤为重要。本文在建立超空泡航行体动力学模型的基础上,计算出其基于主动倾斜转弯控制策略下的最大机动角速度为6°/s,并以此为基础研究了多种态势条件下的超空泡航行体追踪目标需用最短自导作用距离,分析了航行体初始段航向、初始相对距离等因素对需用自导距离的影响。仿真结果表明,弱机动条件下的超空泡航行体需要的自导作用距离均在1 km以上,以目前技术条件无法满足其导引需求,故在未来一段时间内,以超空泡鱼雷为代表的超空泡航行体武器仍应以直航攻击为主。     

超空泡航行体前部线型对空泡生成过程的影响

本文基于航行体超空泡理论和格兰威尔线型设计方法,设计了三种具有不同前部线型的航行体模型．并针对所设计的三种模型和具有锥形前部外型的航行体模型在西北工业大学水洞中进行了前部线形对超空泡生成影响的实验研究．结果表明：超空泡生成速度和空泡成生所需临界通气量与航行体的轴向斜率分布有关,模型表面斜率轴向分布曲线越平坦或变化率越小,越有利于提高空泡的生成速度、减少超空泡生成所需的临界通气量．实验数据显示文中设计的三种格兰威尔前部线型航行体与锥形前部外型航行体相比,生成超空泡所需临界通气量都有明显减小,空泡生成速度有明显提高．文章研究方法为降低超高速航行体超空泡生成所需的临界通气量,提高空泡的生成速度提供了一条技术途径和研究方法．     

自然空化流动数值模拟中参数取值影响的研究

探索了应用商业软件Fluent6.2进行自然空化计算的方法.通过设定不同气核质量分数对半球头回转体的自然局部空化作了模拟,研究了气核对自然空化计算结果的影响.通过设定边界湍流参数计算了平头回转体的自然超空泡,研究了湍流参数设定对自然空化计算结果的影响.通过对圆盘空化器的超空泡计算,得出结论:气核含量主要影响超空泡尾部形态,湍流参数主要影响空泡尺度.多个算例的计算结果与相应的实验结果以及经验公式计算结果进行了比较,符合良好.     

空化器线形与超空泡减阻效果关系研究

利用商业CFD软件Fluent6.0对空化器线形与超空泡形态的关系及其阻力特性进行了数值仿真研究,详细分析了影响超空泡航行体减阻效果的因素和有效控制超空泡形态进行减阻的方法,为优化超空泡形态提供了初步的理论参考依据.仿真与试验结果符合较好.     

高速无舵翼水下机器人运动控制研究

通过改进传统水下机器人体系结构中的执行层、控制层和感知层,提出了无舵翼水下机器人的运动控制系统,使得水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位的功能外,也能完成远距离高速航行等任务.具体的改变包括执行层中的推进器布置方式以及推力分配方案、控制层中的控制方法以及在感知层中加入局部目标规划器,这些改变解决了高速航行给无舵翼水下机器人带来的一系列问题.海上进行的对比试验和远距离长航试验,验证了无舵翼水下机器人在所提出的运动控制系统控制下是可以满足任务要求的.     

水下航行体的改进S面运动控制器

  目的  为实现Ciscrea自主式水下航行器（AUV）的空间轨迹跟踪与艏摇控制,设计一种多输入多输出（MIMO）鲁棒控制器。  方法  采用摄动法将AUV模型中惯性矩阵的参数不确定性和二次非线性阻尼作用表述为不确定集合,通过线性分式变换（LFT）得到广义系统。针对广义系统,采用H-infinity 综合方法求解AUV的MIMO鲁棒控制器,以及结构奇异值方法分析控制器的鲁棒稳定裕度。通过MATLAB仿真,模拟AUV的三维轨迹跟踪与艏摇控制,以验证鲁棒控制器性能,并在有/无干扰的情况下对其跟踪能力进行比较。  结果  通过计算得到了稳定鲁棒控制器的结构奇异值的上、下界。结果表明,设计的鲁棒控制器可有效消除干扰信号引起的输出扰动。  结论   所提控制方法具有良好的抗干扰性能,适合用于解决AUV多自由度模型中参数不确定性和非线性问题,并可为AUV在实际海洋环境下的运动控制研究提供有益参考。     

艇模水下阻力试验方法研究与数值验证

采用钢骨架外敷玻璃钢的结构加工设计Suboff标模,针对不同的剑型以及剑艇连接方式,采用浅浸深方式开展艇模水下阻力试验,分析不同剑型与连接方式所带来的结果差异,并将其结果与ITTC公布的试验数据进行对比,最后在数值仿真的基础上,通过观察不同速度下的流场流速以及压力分布情况,分析连接剑装置对艇流场的影响。     

有限元分析软件并行化移植和开发方法的研究

有限元分析软件在船舶、汽车、航天、机械等领域具有广泛的应用;但商业性有限元软件还无法在国产超级计算机上安装.本文探讨了超级计算机和有限元软件相结合的几种方案;提出了基于系统集成思想的软件并行开发框架;在分析有限元分析并行计算重点的基础上,给出了该框架实现的原理和机制,以及相关的关键技术,从而为超级计算机应用软件的开发探索了一条新的途径.最后实现了一个实例系统,对基于系统集成思想的软件并行开发框架进行了实现和验证.     

基于 CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能

基于粘性流体理论,采用CFD技术数值预报双桨式吊舱推进器的敞水水动力性能。通过对某单桨吊舱推进器进行数值模拟,并与实验值进行比较,验证数值计算方法的准确性。最后数值计算了双桨式吊舱推进器在不同偏转角时的水动力性能,通过数值计算、结果比较和特性分析,计算结果呈现出一定的规律性,达到了给出双桨式全回转吊舱推进器数值预报的方法和一般性规律的目的,可以对此类推进器水动力性能的预报提供参考。     

双体船/三体船兴波阻力数值预报方法研究

采用改进的Dawson方法,自行开发了可用于双体船、三体船兴波阻力的数值预报程序,并且考虑了高速三体船方尾的处理.利用本文的数值预报方法分别计算了一条小水线面双体船和一条三体船,验证了本文的数值预报方法在一定范围内能较合理地预报双体船、三体船的兴波阻力.此外,还讨论了该方法在三体船片体位置优化中的应用,通过和试验值对比验证了该方法可用于三体船片体布局优化.     

水下航行器三维航迹反演滑模跟踪控制

  目的  旨在研究非线性六自由度自主水下航行器（AUV）的轨迹跟踪问题。  方法  为此,设计三维轨迹变前视距离视线（LOS）导引律,利用李雅普诺夫稳定性判据证明此导引律的稳定性,使用设计的自适应S面控制算法对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度进行控制。然后,以REMUS 100 AUV为例, 利用Matlab软件分别对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度控制及其空间直线、曲线轨迹跟踪进行仿真,以验证所提导引律的有效性。  结果  结果表明：对于非线性控制而言,相比于传统的S面控制,自适应S面控制可降低控制参数整定的难度,抗干扰能力更强;而且,相比于传统的LOS导引律,所提导引律可使AUV更快地跟踪上参考轨迹。  结论  所设计的轨迹跟踪控制算法能够实现对AUV的三维轨迹跟踪,并改善AUV的操纵性。