基于代理模型的轴流式喷水推进泵优化设计

基于代理模型的敏感度分析以及预测方法,对喷水推进轴流泵叶片结构参数进行了优化设计研究,选取叶轮叶片和导叶叶片的安放角作为优化参数,选择效率、扬程作为优化设计的目标函数;针对优化结果,采用数值模拟的方法进行了外特性以及空化性能对比分析.结果表明：导叶叶片安放角对喷水推进轴流泵性能影响较小,叶轮叶片安放角是影响喷水推进轴流泵性能的主要因素;优化后喷水推进轴流泵的外特性以及空化性能均得到提升,效率提高了3.5%.同时,结果表明代理模型优化设计方法可以较好的适用于喷水推进轴流泵的优化设计.     

浸没式喷水推进泵设计及装船后性能预报

为了设计浸没式喷水推进泵,以国外某喷水推进混流泵为对象建立了浸没式喷射模型,运用计算流体力学(CFD)瞬态模拟方法研究了2种转速时浸没式喷射对喷水推进泵水力性能的影响。研究表明,无论是低转速还是设计转速,浸没式喷射时喷水推进泵的扬程、轴功率、效率变化都小于1%,且叶片的空化无明显变化。由此,运用三元设计方法设计了一型适用于常规尾板式喷水推进的喷水推进泵,即按常规尾板式喷水推进的"船-泵-机"匹配方法选定喷水推进泵的设计参数,按基于环量的三元方法进行喷泵的水力设计,喷泵为6片叶片、9片导叶。最后,运用计算流体力学方法对实尺浸没式喷水推进器与船体的组合结构进行了数值模拟,结果表明,在设计航速时,该喷水推进泵完全浸没在水中工作的水力性能变化很小,进而得出浸没式喷水推进泵可以按照常规尾板式喷水推进泵的设计方法进行设计的结论。     

“船-泵-机”匹配方法研究

为了提高舰船喷水推进系统性能,分析了"船-泵-机"匹配方法。以螺旋桨推进为例,介绍了"船-桨-机"匹配的目的、思路、步骤和方法。着重研究了"船-泵-机"匹配的特殊性以及相应的方法。以某喷水推进船为例,运用上述方法进行喷水推进系统性能分析,结果指出了喷水推进与螺旋桨推进在推进性能方面最显著的差别之一,即最薄弱环节由"柴油机-螺旋桨"推进系统中的主机变成了"柴油机-喷泵"推进系统中的喷泵。     

"船-泵-机"匹配方法研究

为了提高舰船喷水推进系统的性能,分析了“船-泵-机”匹配方法。以螺旋桨推进为例,介绍“船-桨-机”匹配的目的、思路、步骤和方法。着重研究“船-泵-机”匹配的特殊性以及相应的方法。以某喷水推进船为例,运用上述方法进行喷水推进系统性能分析,指出了喷水推进与螺旋桨推进在推进性能方面最显著的差别之一,即最薄弱环节由“柴油机-螺旋桨”推进系统中的主机变成了“柴油机-喷泵”推进系统中的喷泵。     

喷水推进收缩流泵导叶的水动力优化设计方法

为解决新型喷水推进收缩流泵因径向尺度小、导叶动负荷大引起的水动力问题,提出一种用于喷水推进收缩流泵导叶水动力设计的三元可控速度矩方法.基于收缩流式叶轮,通过控制过流面积变化优化导叶子午面,实现从泵进口到出口的全收缩.根据可控速度矩原理,针对叶轮出口流场与收缩流式导叶特点给定子午面速度矩分布,完成了导叶片三元可控速度矩设计,建立了收缩流式导叶模型.应用经过试验验证的推进泵数值模拟试验方法进行推进泵内流场与外特性计算分析.结果表明,设计工况点处推进泵模型效率由原设计的87%提升至90%,导叶轴向长度缩短了20%.设计优化效果显著,能够满足工程应用要求,从而解决了水动力问题.     

基于蛇怪蜥蜴踏水机理的仿生叶轮负载性能分析

为突破传统排水型两栖车辆阻力墙现象,基于蛇怪蜥蜴踏水仿生学原理设计了一种轮-叶复合式仿生推进装置,针对如何提高该推进装置的负载性能,以设计的仿生叶轮为研究对象,对其施加不同的负载质量,构建流体动力学模型,采用基于欧拉网格的有限体积法和动网格技术,动态监测、分析仿生叶轮自由运动过程中的物理参量变化,讨论仿生叶轮在不同负载下的力学性能和运动规律,并对基于不同负载性能需求的仿生叶轮优化设计方法进行了分析.     

轴流式喷水推进泵的三元设计

运用泵的三元设计理论和计算流体力学(CFD)数值计算方法对大功率、高效率轴流式喷水推进泵进行水力设计和性能预报,并对喷口轴向长度、叶轮叶片随边与导叶叶片导边的轴向距离以及叶顶间隙对喷泵水力性能的影响进行进一步计算与分析。从理论上说明叶轮叶片和导叶叶片之间存在最佳匹配距离,该最佳间距为标称直径的3%~4%。运用黏性雷诺时均方法(RANS)对所设计轴流式喷泵水力性能进行数值预报。研究结果表明:泵在设计流量点效率达到92.3%,同时也满足抗空化性能要求,且在较宽的流量范围内具有良好的水力性能。     

基于仿生翼型喷水推进泵内流场特性研究

基于仿生学原理开展喷水推进泵内部流场特性研究.采用数值模拟与模型泵试验相结合的方法对仿生翼型设计的喷水推进泵叶轮与NACA4410和791翼型得到的叶轮进行比较分析.研究结果表明,相同条件下,仿生翼型泵扬程最高,附着在叶片附近的低压区最大,上压力面与下吸力面压差最大,效率最高;仿生翼型泵湍流动能发展相对稳定,速度矢量分布最为均匀,能量损失最小,仿生翼型泵具有最优的水力性能.仿真翼型叶轮的研究方法在喷水推进泵模型优化上具有一定的可行性,对后续的研究具有重要的指导意义.     

高速摩托艇喷水推进器性能分析及其改进

为改进某高速摩托艇喷水推进器推进性能,运用计算流体力学方法通过求解雷诺时均的控制方程,计算喷水推进泵和“喷水推进泵+进水流道+格栅+船体”的流场特性.利用CFX软件进行后处理,分析喷水推进泵和“喷水推进泵+流道+格栅+船体”的流场特性,针对其流道内存在涡流及推进效率偏低现象,提出对流道几何进行优化的处理方案.通过对进水流道进行优化设计,喷水推进效率提高6％.     

改进设计的两栖车辆水上性能试验研究

为提高两栖车辆的水上性能，对原车进行了改进设计，对改进设计后的车辆进行了模型静水拖曳试验，分析比较了前后防浪板及翼子板的参数变化对车辆水上性能的影响，得出了实车水上航行阻力，功率和航行姿态等水上性能参数随航行速度的变化曲线，为改进设计提供了可靠的实验数据，实验研究证明，应用前防浪板可以有效地减小阻力，稳定航行姿态，提高水上机动性能。     

船舶喷水推进泵设计的若干问题

本文针对船舶喷水推进泵的特点,阐述了推进泵设计参数的计算、选择方法。并对推进泵,特别是高速船舶推进泵型式的选择、水力设计及材料选择的若干问题进行了讨论和分析。     

两栖应急救援运载平台水动力学仿真技术研究

面对有着极端灾害环境、复杂地形条件及多灾种并发的大应急救援,具备涉水越野、多功能救援、水陆两栖救援能力的两栖应急救援装备至关重要。作为两栖应急救援装备的一种,水陆两栖运载平台是一种兼具陆地车辆与船舶性能的特殊车辆,能够在陆地和水下两种环境下行驶和作业,可适应各类“水-陆”复合灾害环境,被广泛应用于应急救灾。水陆两栖运载平台需兼顾陆地全地面高速行驶与水下安全稳定航行,其车体外形结构复杂,表现出复杂的水动力学特性,因此研究水陆两栖车辆的水动力学特性对其综合作战能力的设计和优化十分重要。本文对水陆两栖运载平台的水下动力学特性及其仿真技术,包括航行阻力、航行稳态,水下操控性、推进器与车体相互作用几个方面做了介绍,将不同学者的研究方法与成果进行了分析与总结,对水陆两栖车辆水动力学研究的发展趋势做出展望,为后续研究者提供一定的参考。     

某两栖车辆新质材料白车身模态分析与测试

坦克装甲车辆的车身作为一种大型箱式承载结构,不仅要承受各种载荷作用,还要具有一定的防护能力,是一种较为复杂的承载系统。车身作为装甲车辆全寿命周期内一个重要承载体,白车身结构设计与试验模态的分析,对于装甲车辆性能与可靠性具有重要的影响。为了获取某两栖车辆车身动态特性参数及验证其结构合理性,本文以某新质材料两栖车辆白车身为研究对象,分别对其进行了计算模态与试验模态分析。通过白车身模态参数与试验模态结果对比分析,验证了有限元模型的可靠性。基于该两栖车辆车体结构模态分布,分析得出车体结构设计的合理性,可避免大部分低阶模态耦合的发生。同时,为避免车辆机动中产生的共振,对悬挂装置等外部激励源的匹配设计提出了建议,为某两栖车辆车身结构的优化设计及改善车辆的动态响应特性提供了理论依据。     

基于扰动观测器的高超飞行器建模及控制

提出了基于扰动观测器的高超声速飞行器控制器设计方法.针对高超声速飞行器的机体/发动机一体化设计布局、弹性轻质材料的广泛使用以及处于大高度和高马赫数的飞行条件的特点,建立了考虑推进及弹性影响的模型.在典型高超声速飞行器几何结构基础上,结合高超声速气动力学和气动弹性相关理论,建立了非线性纵向模型方程;分析模型不确定性的3种来源：参数、结构以及非结构,建立了非线性不确定模型;基于理论推导,采用基于扰动观测器的控制方法设计鲁棒控制器.仿真结果表明,本方法所设计的控制器在给定的不确定性范围内具有良好的鲁棒性.     

基于粒子群的高超声速飞行器模糊控制方法

由于采用机体一体化设计,吸气式高超声速飞行器的气动特性难以准确获知,建立的数学模型是极为不准确的。针对这一特点,研究了一种基于粒子群的高超声速飞行器模糊控制方法,利用粒子群算法对模糊控制器参数寻优,使该控制方法具有强鲁棒性,高超声速飞行器在气动模型不确定情况下,依然能够保持很高的控制精度。仿真用高超声速飞行器的纵向模型对该控制器进行了验证,证明该控制方法能够有效地克服气动参数的不确定性,准确地跟踪飞行器的高度和速度指令。     

脉冲防暴水炮出口段射流的大涡模拟

为优化装备设计,减少实验投入,采用大涡模拟方法耦合二维非稳态VOF模型对脉冲防暴水炮发射管内及出口段的气液两相射流进行了数值模拟研究.通过搭建实验台对脉冲防暴水炮出口段射流进行了高速摄影实验,并利用高速图像记录系统自带的判读软件对射流出口段的速度值进行了判读,实验所得的射流形状及速度与仿真结果吻合较好.利用仿真方案进行变运动参数的数值模拟,结果表明:初始压力对出口速度影响较大,而初始射角对出口速度大小没有影响,因改变了初始射流方向,导致最大射程有所变化.研究表明较大的初始压力和较小的水量能获得更大的射流出口速度和更少的水炮发射时间.     

基于相对灵敏度的重型自卸车结构轻量化设计

为了实现重型自卸车的轻量化设计,通过对自卸车整体进行有限元建模,对其进行四种运输和两种卸料工况载荷作用下的刚度与强度分析及整车模态性能分析,评价其静态和动态工况下整车的性能要求。对整车部件进行位移、强度、模态和质量的灵敏度计算,并定义相对灵敏度。运用相对灵敏度分析的结果确定优化设计变量,在保证整车静动态性能不降低的前提下,对整车结构进行了尺寸优化和形状优化相结合的优化方法。结果表明,优化后整车静动态特性明显改善,且总质量减轻了10.2%。验证了该轻量化设计方法的可行性。     

新型喷水式推进器的工作原理及动态分析

针对传统螺旋桨和喷水推进器能量损耗较大、价格高、修复工作复杂等问题,利用行星轮系设计一种适用于工作在浅水区域的小型快速水下机器人及某些水上小型舰船的高效喷水推进器机构.介绍该喷水推进器的工作过程,利用齐次坐标变换方法分析行星轮系推进装置的工作原理,对其进行运动学分析,得到推进装置末端的位置、速度、加速度解.运用Pro/E中的动态机构分析及仿真模块对推进装置进行动态分析,验证推进装置运动学分析的正确性和推进器工作原理的可行性.     

航空发动机旋涡组合泵设计

针对航空单级增压泵在发动机低转速下供油压力不足的问题,给出了一种采用径向串联方式的两级旋涡组合泵设计方法.该方法首先使用经验系数法对旋涡组合泵进行初步结构参数设计.其次通过计算机数值模拟方法反复迭代优化出旋涡组合泵的最终结构参数.最后采用二次多项式拟合对两级旋涡组合泵的流量-扬程性能进行了预测.仿真结果表明:所设计的两级旋涡组合泵满足设计要求,达到了预期设计指标.     

电潜单螺杆泵油井生产系统优化设计方法

以电潜单螺杆泵油井生产系统为研究对象 ,以油井供液能力 (原油入井流动特性曲线 )、单螺杆泵的特性和整个系统的协调工作为依据 ,利用系统节点分析方法和最优化技术 ,把获得设计产量下的系统效率最高或能耗最低作为优化设计目标 ,介绍了井下电潜螺杆泵子系统基本模型的建立方法 ,并给出了有关的换算关系式、优化设计方法及步骤。利用现场优化设计实例验证了此方法的可行性 ,为油田电潜单螺杆泵油井生产的优化设计提供了理论依据。