限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

潜艇稳定回转水动力的数值仿真分析

基于计算流体动力学(CFD)和结构化网格,应用通用软件FLUENT数值求解不可压缩RANS方程.采用定常旋转坐标系,对在Re=6.5×106不同漂角条件下预报潜艇做单平面回转运动的水动力.对比试验数据表明,力和力矩预报精度误差在工程允许误差范围内,符合工程实用条件.     

旋转对称布尔函数的最高非线性度与最优代数免疫

文章研究旋转对称布尔函数的最高扩散次数、最高非线性度和代数免疫性等问题.利用导数和e-导数证明了元数为偶数的完全2次齐次旋转对称布尔函数的非线性度达到布尔函数的最大非线性度.又利用导数从n次扩散性角度,证明了旋转对称Bent函数的存在性,即验证了最大非线性度旋转对称布尔函数的存在性.另外,利用导数证明了最优代数免疫旋转对称布尔函数的存在性,并给出了用Bent函数构造最优代数免疫旋转对称布尔函数的方法.利用导数还得出了一类旋转对称布尔函数的相关免疫性.     

体积力在潜艇自航因子预报中的应用

借助于CFD软件,在螺旋桨参数未知的情况下,用均匀分布的体积力模拟螺旋桨力场,对潜艇自航因子进行了预报,并与潜艇带桨自航试验数值模拟的结果进行了对比.发现:若体积力参数仅考虑螺旋桨轴向力,则潜艇阻力的计算误差可达7％,在引入螺旋桨旋转的影响后,这一误差值可降低至2％以内,同时,推力减额分数和平均轴向伴流分数的计算误差可控制在5％以内,而潜艇快速性的预报误差可控制在2％以内.用均布体积力模拟螺旋桨力场的方法,能够有效地预报潜艇伴流和推力减额分数,为螺旋桨的设计提供可靠的输入参数,也可以用于潜艇线型优化设计和快速性预报.     

RANS方法预报对转桨非定常水动力性能研究

对转螺旋桨的非定常激振力直接影响着对转桨的噪声性能及振动特性,准确预报对转桨的非定常性能可以更好地为对转桨设计工作服务。基于计算流体力学(CFD)中雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法,对对转桨非定常水动力性能预报方法进行研究。通过对前后桨区域及交界面处网格精细划分,结合滑移网格特点,考虑每一时间步内旋转角度的对应性,进行合理的计算设置,提高对转桨的非定常性能预报精度。进行了2对对转桨方案的非定常水动力性能数值模拟,与试验数据的比较分析验证了预报方法的准确性和可行性。     

改进的光流法在回波外推预报中的应用

为了充分利用雷达资料进行强对流天气的临近预报,通过改进的光流法反演风场并对雷达组合反射率因子进行0~1 h的外推预报。为了提高传统光流法外推预报的准确性,采用金字塔分层技术,减小由于回波移速较快造成的反演误差,提高反演风场的计算精度和运算效率;并且采用半拉格朗日外推方案改进外推,保持回波的旋转性,提高回波预报效果。试验及评分结果表明,改进后的光流法改善了强对流天气的预报效果。     

先进飞行器动导数数值模拟新方法

结合刚性动网格技术,建立了求解飞行器各个组合及单独分量动导数的数值模拟新方法.以纵向为例,通过以不同角速度定速上仰到相同攻角,将瞬时气动力矩进行相减的方法辨识得到组合动导数;通过以不同的迎角变化率匀加速下沉到相同的附加攻角处,气动力做差辨识得到单独的加速度导数;同时耦合定速上仰以及上浮运动的方法可以直接求取单独的角速度导数.对稳定性与控制研究构型飞翼构型以及带翼导弹Finner进行了纵向动导数的计算验证,各个动导数与试验值吻合较好,且对于不同的构型,分量导数在组合动导数中所占的比例和作用不同.该方法运动形式简单,效率较高,且可以推广到横航向的动导数数值计算中.     

"育鹏"轮斜航水动力数值计算及运动仿真

为了建立高精度船舶运动数学模型,以目前国内最大、最先进的大连海事大学教学实习船"育鹏"轮为研究对象,采用计算流体力学方法,分别对该船模压载状态下的直航运动和斜航运动水动力进行数值计算,将直航阻力系数计算结果与船模物理水池试验数据进行比较,验证了计算方法的可行性;对斜航水动力系数和力矩系数利用最小二乘法进行多项式拟合求取相关操纵性斜航水动力导数,代入"育鹏"轮六自由度运动数学模型中,用于预报和运动仿真.将部分仿真试验结果与实船海试数据进行对比,吻合较好,误差均在12%以内,验证了数学模型的正确性,提高了航海模拟器数学模型的精度.     

搅拌槽内三维流动场的RNG k-ε数值模拟

RNG k-ε模型在耗散率方程中通过系数C*1引入描述流场畸变效应的附加源项后,在一定程度上会改善对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力.本文应用该模型对六直叶涡轮搅拌桨的三维流动场进行了数值模拟,并将计算结果与实验数据进行了比较.计算结果表明:RNG k-ε模型对桨叶附近速度场的预报较k-ε模型有一定程度改善,但对湍流动能的预报却要比k-ε模型差.若要进一步改进对桨叶附近流动场的预报,必须放弃基于各向同性假设的湍流模型,转而采用能够反映各向异性的模型或采用先进的计算方法.     

舟山海域海上搜救演习及目标跟踪预报结果分析

为检验海上搜救预报模型,国家海洋局东海分局在舟山岛北部的黄泽洋海域进行了海上搜救演习,基于预报风场、流场,采用Leeway搜救模型对搜救目标的轨迹进行预报模拟.搜救目标受潮流和风的影响,漂移轨迹总体为东南—西北走向并呈顺时针旋转的螺旋.搜救模拟结果基本反映了这种漂移特征,但仍存在一定误差,这种误差主要是由海流预报误差导致的.通过后报模拟试验发现,Leeway模型在目标物逆风漂流阶段,特别是流速较小或转向时段的模拟准确度相对较低.     

潜艇指挥塔数学线型

潜艇指挥塔是潜艇最重要的组成部分,而其围壳型线优化设计是潜艇设计的重要步骤.不同于传统研究中将潜艇指挥塔看作横剖面是椭圆形的柱体,而是利用垂向函数法,研究了指挥塔剖面的弦长与半宽都随高度变化时横剖面为翼型的指挥塔的数学线型.针对梯形指挥塔和填角弧形指挥塔,通过求解超越方程组,得到指挥塔线型.对SUBOFF潜艇的算例,验证了所提出的潜艇指挥塔数学线型求解方法的有效性.该方法可以在缺乏母型船数据的情况下,快速获得满足静水性条件的潜艇围壳型线.     

内孤立波与潜艇相互作用的水动力学特性

为了研究海洋内孤立波与潜艇的相互作用,采用有限体积自适应半结构多重网格法求解Navier-Stokes方程,应用双推板造波法模拟内孤立波数值水槽,并将潜艇SUBOFF模型放置于数值水槽中,研究航行的潜艇在海洋中遭遇内孤立波时的流场形态和受力载荷特性。研究结果表明:潜艇在穿越孤立波时在垂向和水平方向的受力都会在短时间内发生巨变,力矩的突变也有可能使潜艇发生倾覆,同时还可能会产生强大的冲击载荷而导致其破损。     

对转桨整体定常面元法

从对转桨(Contra-Rotating Propeller,CRP)几何特点和面元法基本求解公式出发,提出了一种将对转桨的前、后桨作为整体求解的定常面元法.运用此整体面元法计算了美国泰勒水池2组对转桨的敞水性能,同时与试验结果和迭代面元法计算结果进行了对比.对比结果表明,整体定常面元法的计算精度与迭代面元法的计算精度相当,但整体面元法的计算时间约为迭代面元法计算时间的1/2,且整体定常面元法避免了前、后桨迭代的步骤,为对转桨优化设计以及混合式CRP推进系统的设计分析提供了高效的数值手段,且分析了整体定常面元法的计算误差.     

分体式空调室外机空气流场特性

针对分体空调室外机内的空气流场特性,采用有限容积法,对三维不可压缩NavierStokes方程,在旋转坐标系中进行了非定常求解;在随叶片旋转的区域与固定区域的交接面处,采用滑移网格技术来求解动静非定常作用.利用激光微粒图像测速(PIV)手段,验证了计算流体动力学(CFD)数值模拟结果,为进行气动声学分析奠定了基础.     

旋转弹引信用卫星定位接收信号旋转解调方法

为解决旋转弹飞行中的高旋转、高动态条件会造成卫星定位接收系统无法正常定位的问题,针对旋转、动态环境开展了旋转弹卫星定位接收信号旋转解调方法的研究.详细分析了旋转条件对卫星定位信号接收的影响,并针对旋转特性设计了旋转跟踪解调环,用于对旋转的跟踪与解调,给出了旋转弹卫星定位信号接收系统的设计方案,基于Simulink实现了旋转弹卫星定位信号接收系统的仿真,并给出了相应的仿真与实验结果.结果表明,设计的以旋转跟踪环为核心的旋转弹卫星定位信号接收系统,在中心频率为200 Hz的情况下跟踪范围可达到±40 Hz,较好地满足了转速在200转/s左右的旋转弹信号接收要求.      

分层流体中螺旋桨效应激发内波的实验分析

为获取分层流体中螺旋桨尾迹的水动力学特性,在大型分层流水槽中采用多点组合探头阵列测量技术,对具有连续密度跃层流体中Suboff自航体模型螺旋桨产生的扰动特征进行了定量测量与分析。与拖曳体模型的尾迹特征比较,螺旋桨效应在分层流体中的水动力学尾迹具有特殊结构,其临界Froude数增大为Frs=4.4,波动中存在2种扰动波系,包含低频波动和非对称波形结构。相关结果不仅建立了对分层海洋中复杂螺旋桨效应的初步认识,也为分层海洋中螺旋桨水动力学尾迹建模及其应用提供了进一步的实验依据。     

样条有限点法分析旋转变截面Euler梁弯曲自由振动问题

基于Euler-Bernoulli梁理论,采用样条有限点法建立旋转变截面梁弯曲振动分析新模型.通过沿梁轴线均匀布置一定数量的样条节点对变截面梁样条离散化,采用三次B样条函数对变截面梁的位移场进行插值.考虑截面尺寸变化和旋转离心刚化效应的影响,基于Hamilton原理推导出旋转变截面梁计算模型的总刚度和总质量矩阵表达式,编制程序对旋转变截面梁动力特性进行分析,并建立ANSYS有限元模型进行比较验证.结果表明:本文解答与文献和有限元解答吻合良好,本文模型具有计算精度好、建模效率高、边界条件简单和程序编制方便的优点,可适用于不同边界约束、截面变化率、截面变化类型、旋转角速度和轮毂半径条件下的旋转变截面梁的弯曲自由振动问题.参数分析表明截面变化率和旋转角速度对旋转变截面梁动力特性有重要影响.     

MonteCarlo法研究通过旋转圆管的自由分子流

利用试验粒子Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法研究通过有限长旋转圆管的自由分子流。给出变量的归一化分布函数及由此进行随机抽样的方法。对研究通过静止圆管的自由分子流的方法进行改进，提出一种求通过旋转口管的自由分子流流量的方法．计算几种情况．并与无限长旋转圆管的解析结果作比较。主要结论如下：在管两端压差一定时，通过旋转国管的自由分子流流量随转速增加而减小；通过旋转口管的流量与通过静止圆管的流量的比值，随国管长度的增加而减小。     

旋转厚圆柱壳振动特性分析

为研究旋转厚圆柱壳的动力特性 ,采用九结点退化壳体单元有限元法 ,对于壳体达到平衡位置以前的状态 ,采用非线性板壳理论求解 ,然后采用线性理论研究圆柱壳的动力特性。模型中考虑了科氏加速度 ,离心力 ,初应力的影响。分析结果显示旋转厚圆柱壳具有复杂的三维模态 ,旋转速度对不同模态的固有频率的影响不同。该研究为高速离心机、航空发动机等旋转机械中的圆柱壳结构的设计和故障诊断提供了理论依据和分析方法     

用分形理论分析转子回转特性的可行性研究

利用在同一平面内互相垂直布置的两个非接触式位移传感器，对某精密转轴轴心回转误差运动轨迹进行了测量；再分别用傅立叶变换和相关系数对该转轴的运动特性进行分析，指出在某些情况下，可利用分数布朗运动的相关理论对转轴进行故障诊断，并说明了其适用条件。该研究为回转类机械的故障诊断提出了新的研究方向。