空心弹高速斜入水弹道稳定性研究

空心弹是一种具有通孔结构的新型射弹,与相同口径的实心射弹相比,阻力更小,在同等装药量的条件下具有初速高的优点,其入水时呈现复杂的入水流体动力学和弹道特性.文章基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF(volume of fluid)多相流模型、SST(shear stress transfer)k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型、六自由度模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行了数值模拟,研究了入水速度和角度对空心弹入水空泡、空化、载荷和弹道稳定性的影响.将数值计算结果与实验结果进行对照,空泡形态和质心轨迹曲线与实验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的可行性.结果表明:空心弹入水速度对空泡的大小和空泡内空化的程度影响较大,随着入水速度越高,空泡也越大,空化越明显,弹体的速度衰减越快,弹道越不稳定,弹体失稳越早;随着入水速度越低,空心弹的阻力和升力系数越小,弹体运动越稳定.入水角度对空泡的大小及弹体的偏转程度有较大影响,入水角度越大,弹体偏转时刻的空泡越大,空泡内的空化越明显,弹体头部的高压区域越小,阻力、升力和力矩系数越小,相同时间内弹体的偏转角越小,弹体姿态越稳定.入水角度越小,弹体的偏转角增加的越快,弹体运动越不稳定.

数字新质生产力对居民消费的影响研究——基于收入水平和创业活跃度的中介效应

数字新质生产力作为新一代生产力的代表,正逐渐成为推动经济增长和社会发展的重要引擎。其不仅体现在生产效率的提高和生产成本的降低上,还深刻影响了居民的消费模式和消费结构。通过数字技术的广泛应用,消费品的种类和质量得到极大丰富,消费者能够更方便地获取信息和进行购物决策。同时收入水平和创业活跃度作为影响居民消费的重要因素,在现有研究中被广泛讨论。较高的收入水平通常意味着更多的可支配收入,从而促进居民消费的增加;创业活跃度的提高可以带动就业增加,创造更多的经济机会,进而提升居民的消费水平。基于此,本文实证分析数字新质生产力对居民消费的影响,同时分析了收入水平和创业活跃度的中介作用,旨在促进居民消费升级,推动经济持续健康发展。

球体垂直入水空泡内部流场特性的数值模拟研究

基于边界数据浸入法(BDIM)和刚体运动流固耦合算法,开发一套球体垂直入水数值计算程序,通过与实验结果对比,验证数值方法的准确性和有效性。基于对数值计算结果的分析,获得球体垂直入水空泡、喷溅发展、空泡内部流场结构随入水冲击速度的变化规律,对比不同涡识别准则对流场内涡结构的识别效果。结果表明:入水冲击速度对喷溅闭合、空泡形态和内部流场随时间的演变具有显著影响;Q准则可以较为准确地识别流场中的复杂涡结构,入水气流速度会影响空泡内部尾涡的数量、尺寸和强度。

冰孔约束下弹丸倾斜入水空泡演化特性实验研究

为探究冰孔约束对弹丸入水空泡演化的影响规律,基于高速摄像技术开展不同冰孔直径下弹丸倾斜入水实验。通过对比分析无冰工况与冰孔约束下弹丸倾斜入水过程,将弹丸入水空泡演化过程分为空泡扩张、空泡表面闭合与空泡深闭合三个阶段进行研究,总结出冰孔约束对弹丸倾斜入水空泡演化特性的影响规律。研究结果表明:在空泡扩张阶段,空泡扩张受到冰孔约束,自由液面附近空泡左侧呈弯曲状,其原因一方面是因为入水点附近的液体向四周运动撞击冰板,消耗了部分用于空泡扩张的能量,另一方面是因为排开的液体撞击冰孔内壁边缘形成反射流,反射流方向与空泡扩张方向相反,进一步限制空泡的扩张;在冰孔直径较小工况下,受反射流冲击,空泡壁右侧出现褶皱,随着冰孔直径增加,空泡左侧轮廓线的弯曲程度逐渐减弱;在空泡表面闭合阶段,褶皱的空泡壁发生局部冲击溃灭,随着冰孔直径增加,反射流逐渐变细、强度逐渐减弱;在空泡深闭合阶段,在冰孔约束下反射流冲击空泡,使得空泡内外压力差变大,加速了空泡发生深闭合;在冰孔直径较小的工况下,局部冲击溃灭程度较大,与尾部脱落溃灭相融合,随着冰孔直径的增加,局部冲击溃灭、气泡簇及反射流相互独立,逐渐接近无冰工况。

跨介质航行器入水流固耦合特性研究综述

本文综述了跨介质航行器入水问题的研究进展,特别关注了入水流固耦合特性、弹性体结构入水冲击以及高速入水现象。入水过程涉及复杂的流体动力学现象,包括空泡形成、冲击载荷以及与航行体动力学特性的相互作用,这些因素都对航行器的设计和性能产生重大影响。本文讨论了跨介质航行器的基本概念,其具有独特的战略应用价值。入水过程中的关键挑战包括处理巨大的冲击载荷和复杂的流体动力学特性,这要求对航行器的形状、入水速度和入水姿态进行精密控制以优化性能。针对不同形状的航行体如何影响冲击响应和空泡动态,详细介绍了通过高速摄影和传感器技术在不同条件下进行的入水试验,这些试验帮助研究学者观察并分析了入水过程中的空泡形成、流体喷射以及随后的空泡闭合等现象。随着计算技术的进步,人们开始使用仿真技术研究多相流动和航行体结构的相互作用。总之,跨介质航行器的入水研究是一个多学科交叉的研究。通过深入理解入水过程中的物理现象和力学响应,可以为未来航行器的设计和操作提供科学依据,推动海空一体化航行器技术的发展。

入水速度对冰孔约束下圆柱体倾斜入水过程的影响分析

针对极地环境下超空泡圆柱体入水问题,基于雷诺平均方程引入流体体积模型,结合重叠网格技术建立了冰孔约束下圆柱体入水数值仿真方法。在此基础上,开展不同入水速度下圆柱体穿越冰孔入水过程仿真,分析了圆柱体入水过程中的空泡演化与载荷特性。研究结果表明:冰孔约束限制了孔内水域的流动,进而改变了表面喷溅的状态及空泡壁的形态,以至延迟了空泡表面闭合时间。随着入水速度的增大,冰孔约束对空泡形态的限制作用基本一致,圆柱体头部出现了更大范围的高压区域,且呈现出非对称分布;冰孔约束增大了圆柱体入水冲击载荷,使得圆柱体水下速度加快衰减,并促使圆柱体偏转角度大于无冰工况。研究结果可为极地超空泡武器入水稳定性提供参考。

大口径锥头弹体高速倾斜入水偏转规律数值模拟

结合某大口径锥头弹体高速倾斜入水试验,采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)流固耦合方法对弹体倾斜入水偏转行为进行数值模拟,研究了弹体以500 m/s高速倾斜入水过程中不同受力模式、载荷变化特征以及弹体发生偏转的力学机理,分析了入水角度对弹体偏转规律的影响。结果表明:在俯仰力矩作用下,弹体均发生抬头方向偏转,且偏转速度呈现先增大后减小的趋势,偏转程度在不同入水角度范围内呈现不同的变化趋势。当入水角度小于15°时,弹体会发生“跳弹”现象;当入水角度为30°~60°时,弹体偏转趋势基本一致,均由初始倾斜状态逐渐转动至水平状态、竖直状态并最终以弹头入水反方向的“出水”姿态向水下运动;当入水角度为75°时,弹体转动至水平状态后,并未继续偏转至竖直状态,弹头以朝斜上方的姿态向水下运动;弹体的入水侵深随入水角度的增大而增大,且增大趋势近似满足指数函数关系。

空心弹高速入水机理及特性数值模拟研究

为分析空心弹高速入水的机理及其特性,基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF(volume of fluid)多相流模型、Realizable k-ε湍流模型,引入Schnerr-Sauer空化模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行数值模拟研究,获得了通孔孔径和头部形状对空心弹的空化特性、空泡形态和入水运动特性的影响规律。研究显示数值计算的空泡形态和入水速度、位移曲线与实验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的可行性。结果表明:当通孔孔径不同时,通孔孔径越大,空化现象越明显,通孔射流越长,但对空泡半径的影响不大;通孔孔径越小,空泡闭合时间越早,与水面碰撞产生的阻力系数峰值越高,空心弹入水稳定后其阻力系数也越大;无量纲直径在0.575~0.600之间时,空心弹的运动最为稳定。当头部锥角不同时,头部锥角越大,空泡直径越大,空化现象出现得越晚,但空化生成的速度更快;随着头部锥角的增大,阻力系数变大,空心弹的速度衰减变快,相同时间运动的距离较短;头部锥角越大,俯仰角的变化越小,空心弹的运动越稳定。

高速跨介质入水多相流动与流固耦合特性研究综述

高速跨介质入水问题广泛存在于海洋工程、航空航天等领域,入水多相流动与流固耦合作用机理是该领域的研究热点,对于跨介质航行器的载荷预报、弹道稳定性评估、结构强度校核以及安全性设计等具有重要意义。本文围绕高速跨介质入水所涉及的基础关键力学问题,重点论述了高速跨介质多相流动与空泡演化、冲击载荷与降载方法、运动稳定性与流固耦合响应、流固耦合数值研究方法等方面的研究现状,并针对目前仍存在的问题提出了建议,旨在为高速跨介质入水的相关研究与设计等提供参考。

民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明:ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。

空投方舱入水静力分析研究

针对降落伞空投方舱入水问题进行了静力分析,以得到典型载况下的最佳入水角.确定了方舱主尺度及船型参数.首先,假定入水角,计算不同吃水深度下的静水力特性;然后,假定重心高度,计算艏部和艉部入水时的复原力矩,得到复原力矩曲面图谱;最后,通过计算超载、满载和空载3种典型载况下的倾覆力矩,进一步确定入水静力平衡曲线,得出3种典型载况下的最佳入水角.结果表明:在艏部入水时,超载下最佳入水角为38°,满载下最佳入水角在10°~90°,空载下最佳入水角为12°;在艉部入水时,超载下最佳入水角为58°,满载下最佳入水角为55°,空载下最佳入水角为51°.并可将结果用于约束其他载况下的最佳入水角.通过空投方舱入水角要求可约束某一载况下重心高度可行域,为后续设计和空投入水提供技术参考数据.

超空泡射弹异步并联倾斜入水空泡演化与运动特性分析

基于VOF多相流模型与重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联倾斜入水数值方法,利用单发射弹倾斜入水实验对数值方法的有效性进行了验证,在此基础上,分别对不同初始间距及入水顺序下前后两射弹的空泡演化与运动特性进行了数值模拟与分析。研究结果表明:对于前发射弹,在初始间距为0.5倍弹长时,由于受到后发射弹空泡剧烈挤压,前发射弹无法产生完整空泡包裹弹体,运动受到严重影响并最终失稳;同时,前发射弹自上侧入水与自下侧入水相比,其空泡受到的挤压程度更大,沾湿更早且失稳更快;随着初始间距的增大,前发射弹附近空泡受后发射弹的影响减弱,2种入水顺序下均运动平稳。对于后发射弹,由于前发射弹空泡的持续作用,其空泡始终不对称,运动稳定性受到影响,在间距为0.5倍弹长时向内侧偏转失稳,在间距为1倍弹长时运动平稳,间距为2倍和3倍弹长时向外侧偏转失稳,且2种入水顺序下运动规律基本一致。

速度对射弹垂直破冰入水空泡流动特性的影响

探究冰层对高速射弹入水过程的影响机理对发展适用于冰区海域的先进跨介质武器具有重要指导意义。基于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange,CEL)方法对圆柱射弹以不同初速度垂直高速破冰入水过程进行研究。研究结果表明:射弹初速度较低时(50 m/s),撞击所形成的冰孔尺寸较小,严重阻碍了外界气体涌入,空泡扩张发展受阻,导致提前发生颈缩,且不再出现无冰时的表面闭合现象,空泡更快发生深闭合;射弹初速较高时(≥100 m/s),撞击所形成的冰孔尺寸较大,外界空气能够持续涌入,延迟空泡闭合,冰层与无冰的空泡尺度差异随初速增加而减小;随着入水速度增加,碎冰对气流干扰程度加剧,增强了空泡内部流场的非线性和湍流特性;射弹在无冰环境入水受力峰值为同速度下破冰入水(冰厚为二分之一射弹直径)的70%。当速度达到150 m/s时,破冰入水过程中的弹体头部会发生微弱塑性应变,在设计新型冰区跨介质武器时,应着重提高射弹头部结构强度。

空泡演化对航行体高速入水运动特性的影响研究

为了研究空泡演化与航行体运动特性之间的联系,并进一步探讨入水速度和入水角度对航行体运动特性的影响,文中基于STAR-CCM+,耦合SSTk-ω湍流模型、VOF界面捕捉方法和重叠网格技术,对航行体高速入水过程中空泡从生成到溃灭的整个发展演化过程进行了数值计算研究.结果表明,航行体高速入水过程中空泡的发展演化可以分为3个阶段:空泡稳定发展阶段、空泡断裂溃灭阶段、空泡脱落再生阶段.垂直入水条件下,提高入水速度能够延迟二次射流对航行体扰动时间,增强航行体维持初始入水弹道的能力;斜入水条件下,增大入水角度能够减缓航行体在入水前期的姿态变化,但会降低其在入水后期维持初始入水弹道的能力.

户籍身份转换让农业转移人口更好地融入城市了吗?——基于社会地位与收入水平的视角

利用中国家庭追踪调查(CFPS)微观数据,采用倾向得分匹配法(PSM方法)从劳动者社会地位和收入水平两个视角检验农业转移人口在实现户籍身份转换后(即农转非)是否更好地融入城市。研究结果表明:首先,从实际收入水平和社会地位来看,户籍转换劳动者群体与城市户籍群体间的差异并不显著,户籍转换劳动者在实际收入和社会地位方面已较好地融入城市;其次,户籍转换劳动者群体的客观收入水平与实际社会地位平均高于农村户籍群体,劳动力市场上的户籍歧视依然存在;最后,从主观指标来看,农村户籍劳动者群体在收入水平及社会地位方面的主观评价高于户籍转换劳动者群体,而户籍转换劳动者群体的主观评价指标则高于城市户籍群体,原因可能是:与城市相比,农村户籍及户籍转换劳动者实际工作总收入及ISEI指数提升速度相对较快,心理上的满足度也较高,也可能是受“知足者常乐”心理状态的影响。研究证实了尽管经过多轮户籍制度改革,但劳动力市场上的户籍歧视依然存在,农村户籍劳动者工资收入水平及社会地位仍旧低于城市户籍劳动者;农转非劳动者与城市户籍劳动者在收入水平及社会地位方面的差距并不显著,户籍身份转换劳动者群体已经基本融入城市社会,说明加快推进农业转移人口市民化进程确实有助于提升农业转移人口的收入水平及其社会地位。基于此,提出加快推进城乡基本公共服务均等化,完善市民化成本共担、收益共享机制等建议。

带泡沫头帽圆柱体入水机理试验研究

航行体跨介质高速入水瞬间经受的撞击力可威胁其结构安全和其入水弹道的稳定性。为探讨入水冲击对结构的影响,以带泡沫头帽圆柱体为试验研究对象,探究不同入水速度和角度状态下不同头型泡沫降载头帽的入水冲击运动特性。试验中,利用高速摄像技术捕捉带头帽圆柱体的入水空泡形态特征,并基于Canny边缘检测算法对空泡特征进行参数分析;与此同时,通过内置加速度传感器获得其入水加速度,利用互补集合经验模态分解方法进行滤波分析。通过分析试验过程的图像和传感器测量结果,获得了不同速度、角度和头型圆柱体入水的空泡演化特征和加速度的变化规律及其变化原因,并对比了不同降载方式的降载效果。试验结果表明,圆柱体入水冲击加速度随速度的平方线性增加;头型对圆柱体低速入水的缓冲效果最为明显,带圆锥形外形头帽降载效果达到了86.8%,圆锥形泡沫头帽的降载缓冲效果达到了97%。此外,试验中还观测到了圆柱体入水空泡深闭合后尾空泡逐次脱落的现象,该现象对圆柱体形成逐渐递减的脉动冲击;聚甲基丙烯酰亚胺泡沫头帽不会改变入水空泡的形态,但会使空泡壁面粗糙模糊。

HDPE楔形体入水砰击数值模拟及影响因素

针对高密度聚乙烯(HDPE)材料楔形体垂直入水砰击响应的问题,建立楔形体三维数值模型,采用ALE(任意拉格朗日欧拉)流固耦合数值计算方法开展数值模拟研究,分析不同入水速度、斜升角、板厚对楔形体入水冲击响应特性的影响。研究结果表明,随着入水速度的增加,楔形体加速度峰值增大且相同时间内入水方向位移也增大;楔形体两翼形变与楔形体板厚成反比,增大板厚可以有效减小楔形体的形变;随着斜升角的增大,楔形体所受砰击压力和加速度峰值均明显减小,但对两翼变形的影响不明显。研究成果可为HDPE船舶的工程设计及应用提供一定参考。

京津冀地区收入水平与家庭水能耦合差异研究

家庭生活中用水和用能环节高度相关。随着人民生活水平的提高,家庭用水需求、相关器具及能耗呈差异化发展趋势。从居民生活水能耦合关系出发,构建了生活用水及相关能耗计算方法,并以京津冀地区为例开展生活用水及用能调查,分析了不同收入的用水量及能耗差异。结果表明,京津冀地区居民平均用水量为134.5 L/(人·d),相关用能量为3.7 kW·h/(人·d),能耗强度为32 kW·h/m^(3);日用水量与家庭收入呈正相关,能耗呈负相关,低收入与高收入家庭日均用水及相关用能差异分别为9.3%和4.1%,能耗强度差异约12%。其中洗浴用水在不同收入人群间日均差异最大,达13 L/(人·d)。建议持续加强节水器具和节能型产品普及与推广,提高居民资源节约意识,促进资源综合节约和管理。

自由面碎冰浮冰环境高速入水动力学特性

为了研究碎冰环境下航行体高速入水过程中的空泡流场演化、航行体动力学响应以及碎冰载荷特性等规律,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立了碎冰环境下的航行体高速入水流固耦合计算模型,并与高速入水试验、冰材料三点弯矩试验对比验证了方法的有效性和冰材料模型的可靠性。利用构建完成的高速入水流固耦合计算模型重点研究了碎冰以及碎冰间隙对航行体入水过程流场、动力学参数以及载荷的影响。研究结果表明:碎冰的存在对航行体入水后的水面抬升以及产生的飞溅演化存在抑制作用;碎冰环境下航行体的入水冲击载荷显著增加,其过程相较于无冰环境具有更大的动能损耗,但其砰击载荷持续时间与无冰环境入水过程一致;入水形成的飞溅冠连续性随着碎冰间隙的增加而增加,一定碎冰间隙范围内,航行体瞬时砰击载荷与间隙大小呈负相关关系,间隙足够大时,砰击载荷变化相对较小。

大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性研究

为了研究大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性,基于流体体积多相流模型耦合S-DOF刚体运动模型构建了跨介质航行器高速倾斜入水三维非定常数值计算模型,采用细长体高速入水自由运动试验数据对数值计算模型的计算精度进行了校核及验证,对比研究了平头、锥头头型高速倾斜入水的冲击载荷特性。结果表明:锥头头型入水的最大轴向、纵向冲击载荷发生的时间几乎同步,而平头头型最大轴向冲击载荷相比纵向载荷发生的时间显著延迟;对于最大冲击载荷,平头头型的轴向冲击载荷大于其纵向冲击载荷,而锥头头型的轴向、纵向冲击载荷几乎相同;相较于平头头型,锥头头型的轴向冲击载荷显著降低,45°入水时,其最大峰值约为平头头型的1/3。