亚音速超空泡射弹尾拍动力学响应分析

超空泡射弹在运动过程中存在尾拍现象,在高速运动条件下,水的可压缩性是影响射弹尾拍运动的主要因素之一。文中考虑了流体与结构相互耦合的影响,建立了射弹尾拍运动的无约束动力学方程,使用有限元法求解得到了超空泡射弹在尾拍载荷作用下的动力学响应,并研究了马赫数对射弹动力学响应的影响。研究结果表明：亚音速条件下,流体的可压缩性使超空泡射弹刚体转动和弹性振动位移的周期和幅值增大;流体的可压缩性对结构弹性位移响应的影响随马赫数的增大而逐渐增大。     

超空泡射弹尾拍结构动力学响应分析

超空泡射弹在运动过程中存在尾拍现象,导致结构发生振动,影响射弹的弹道稳定性,降低射弹结构的可靠性。该文建立了射弹无约束动力学方程,使用有限元法求解得到了超空泡射弹在尾拍载荷作用下的动力学响应,并对射弹的加固模型进行了分析,给出了环状加强筋个数、直径以及间距对降低射弹振幅效果的影响。研究结果表明：超空泡射弹在尾拍运动过程中转动周期和幅值随加强筋个数的增大而增大;射弹头部的弹性振动幅值随加强筋个数和直径的增大而减小,振动周期亦随加强筋个数的增大而减小;加强筋距离的减小,对于降低射弹中部振幅效果明显,但对射弹头部的振动几乎没有影响。     

空化器参数对通气超空泡形态影响的实验研究

为了在低速下获取形态可控有效减阻的通气超空泡,利用中速可持续通气空泡水洞开展了空化器参数对通气超空泡形态影响的研究。研究结果表明:空化器直径与通气超空泡的形态密切相关,在相同流场参数条件下,较大直径的空化器易于空化且在较低的通气率下即可形成较大的通气超空泡;通气超空泡的优良率与空化器直径密切相关;不易选取空化器直径与模型后体直径比值Dn/D<0.263的空化器;空化器线形同样也是一个重要的参数,例如,在相同流场参数条件下,平头倒角形空化器比圆锥形空化器形成的超空泡尺寸大,对于圆锥形空化器,锥角越小越不易产生通气超空泡。此外,还将圆盘形空化器超空泡形态的试验结果与理论结果进行了比较,其总的规律是相一致的。     

自然超空泡形态特性的射弹试验研究

利用高速射弹试验对自然超空泡的形态特性和发展规律进行了深入研究。试验采用了不同尺寸的试验弹,射弹最大速度可达70m/s,最小空化数可达0.04。获得了水下航行体的自然超空泡形态参数随空化数变化的规律,并与相关文献中使用的经验公式进行了对比,在小空化数下一致性较好。研究结果表明,高速射弹试验是研究自然超空泡形态特性的一种有效手段,能够捕捉到大量超空泡水动力学现象,证实了自然超空泡的直径和长度都随空化数的增大而减小,且呈指数规律。     

加速度对自然超空泡特性影响的数值仿真研究

利用商业CFD软件对小空泡数下的自然超空泡形态和减阻效果进行了数值仿真研究,通过对软件自定义函数的研究,将边界条件中的来流速度改写为时间的函数并嵌入到软件中,得到了非定常情况下加速度对自然超空泡形态和减阻效果的影响规律。当加速度为正值时,在空泡数相同的条件下空泡的厚度和长度都要比定常条件下的值偏小,而加速度为负值时则刚好相反。模型的粘性阻力系数与加速度没有直接的联系,它主要与超空泡的形态和模型壁面上的含汽率有关。最后将加速度为-100m/s2时的仿真结果与实验结果进行了比较,误差最大不超过35%。     

通气空化多相流动特性的实验与数值研究

为了进一步分析通气空化多相流的特性,采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕带空化器回转体的通气两相流动和通气三相流动的结构进行了对比分析。实验中采用高速全流场流动显示技术获得了通气空化多相流动的空泡形态;数值模拟中采用滤波器湍流模型（FBM）进行了数值计算,获得了空泡形态和流线分布,数值模拟获得的空泡形态与实验一致。结果表明,由于空化数的不同,在相同通气率下,绕回转体通气空化三相流动的空泡形态不同于通气两相流动;同时空泡的非定常行为也发生了大的变化。     

超空泡航行器三维流场仿真及性能分析

提出了带进水管路超空泡航行器基本结构和性能评价方法.基于三维Reynolds平均N-S方程、Mixture 多相流模型和完全空化模型,建立了超窄泡航行器内外流仿真模型.开展了不同航行状态和空化器攻角下流场仿真,分析了航速、航行攻角和空化器攻角对空泡形态、航行器水动力特性和进水管路性能等影响规律.研究表明:航行攻角严重影...     

超空泡航行体阻力系数的数值模拟研究

采用数值模拟的方法,仿真获得不同空泡形态下超空泡航行体的粘性阻力系数和压差阻力系数,利用这些系数,基于普通流线型航行体的阻力系数估算公式,进行重新拟合修正,形成超空泡航行体的阻力系数估算公式。将无空泡情况下的阻力系数估算公式代入自编的水下航行体弹道仿真软件,计算得到的超空泡航行体全沾湿状态下的水下弹道理论预报结果,与利用模型试验中的实测数据得到的弹道曲线一致性较好,说明数值模拟对超空泡航行体阻力系数的估算基本准确。     

楔形体诱导的非定常超空泡计算

采用积分方程方法,研究了楔形体外部自然超空泡流问题。提出了楔形体在静止流体中做变速运动所引起的非定常超空泡的积分方程。作为特例,得到了均匀来流时非定常超空泡的积分方程。应用时间有限差分离散化方法和有限差分法对积分方程进行了求解,得到了楔形体做变速运动、楔角变化、空化数变化、小扰动空化流等各种情况下的数值解。数值结果表明:非定常超空泡具有时滞性和波动性。楔体做变速运动时,加速度越大,时间滞后越长。在匀减速运动时,空泡不封闭,可能有回注射流发生。扰动频率越高,空泡长度变化越小,时间滞后越长。扰动以波动形式沿着空泡表面传播,传播速度为来流速度。该文所得到的结果,对于非定常超空化水翼的设计和分析能够起到参考作用。     

空泡外形对超空泡航行体机动回转运动影响

提出超空泡航行体空泡流型概念,将航行体外形、空泡外形、航行体外形与空泡外形匹配统一用超空泡航行体空泡流型描述,用定量关系表达超空泡航行体流体动力特性;建立机动回转运动超空泡数学模型,推导回转运动超空泡外形表达式;研究超空泡航行体由直航运动过渡到稳态机动回转运动过程,给出该过程中超空泡外形变化规律;分析角速度、离心力对机动回转运动超空泡外形影响,揭示该两因素对超空泡外形变化影响程度;以空泡外形与航行体外形匹配为约束,对机动能力进行初步评估,通过仿真计算获得表征航行体机动能力的临界回转角速度。     

数值模拟通气角度对超空泡形态特性影响分析

基于混合网格,运用N-S方程及k-ε湍流模型对均质超空泡流场求解。应用全空泡模型对在后体角度<通气角度α≤90o变化范围的通气超空泡进行模拟。仿真结果与实验结果二者变化规律相一致,即仅改变通气角度其余仿真条件相同的条件下超空泡长度随着通气角度的增加而减小,超空泡最大直径变化与其相反。     

结构参数影响聚能杆式弹丸成型的数值模拟

应用LS-DYNA3D软件对聚能杆式弹丸的形成过程进行数值模拟,研究了药型罩外曲率半径、壳体厚度、外层炸药等因素对聚能杆式弹丸成型的影响规律,得出形成理想聚能杆式侵彻体的各参数之间的关系;并对比分析了钢壳和铝壳形成理想聚能杆式弹丸的条件差异;模拟结果可应用于轻型壳体的聚能杆式战斗部结构设计。     

层合透明材料抗冲击有限元数值模拟

本文采用三维非线性动力有限元程序DYNA3D，建立了弹丸冲击层合透明材料有限元分析模型，模拟了弹丸冲击层会透明材料动态过程，探讨了层会透明材料被冲击破坏的机理，根据分析结果讨论了提高叠层透明材料的抗冲击性能的设计思想，算例计算结果说明了有限元方法分析的有效性。     

非饱和土中多相流动的试验研究和数值模拟

针对多孔介质中水、气和非水相流体的多相流动特点,建立了描述非水相流体污染物迁移问题的数学模型。采用离心模型试验和数值分析的方法模拟了土壤非饱和区中的多相流动过程,得到了污染物的时空分布特征和污染范围。模型试验和数值分析结果表明,轻非水相流体在地表泄漏后,会在重力作用下进入非饱和土体并向下迁移,部分滞留于土体孔隙中;到达地下水位时会浮在水面上并且继续侧向运移;水文地质条件对非饱和土中多相流动特征有重要的影响。     

水下超空泡航行体非线性动力学建模与仿真

超空泡技术可以大幅提高水下航行速度,根据空泡膨胀独立性原理,研究了空泡的记忆效应及其对空泡形态和航行体尾部滑行力等流体动力的影响,在计算超空泡航行体各部分所受的流体动力的过程中考虑了空化器的定向效应和空泡尾部的上漂变形,还研究了航行过程中尾翼浸水深度变化时尾翼效率的变化规律,从而建立了更加精确的超空泡航行体动力学模型。通过仿真分析了超空泡航行体运动的稳定性,最后设计了非线性控制策略来进行深度跟踪。     

建筑表面风压的三维数值模拟

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ＳＩＭＰＬＥＣ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测     

爆破地震波对桩井护壁影响的数值模拟

针对桩基钻爆法开挖施工中护壁受振破坏的问题,利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元软件模拟了1.0m小直径桩井爆破时,爆破地震波对桩井护壁的作用过程及其影响规律。结果表明:1.0m小直径桩井在爆破地震波作用下,不同最大起爆段药量下桩井护壁混凝土的动态响应规律相似,振动强度随药量减小而相应减小,有效应力最大值靠近井口部位,质点振速峰值最大值靠近井口部位,因此靠近井口部分为危险区。