高校体育育人对人才培养的意义、内涵与路径研究——以西北工业大学航海学院为例

体育育人对坚持社会主义办学、发展学生全面素质、建设世界一流高校有着不可替代的关键作用。西北工业大学航海学院独特的体育育人实践,在内涵上,强调培育学生迎难而上的奋进品质、坚韧不拔的坚强意志、团队优先的集体观念和为梦拼搏的高尚追求;在路径方法上,凸显通过体育育人意识建设、传承并发扬全员体育文化,来发挥先锋模范作用,进而实践体育育人的伟大使命。这是一条具有西北工业大学特色的海洋事业发展道路,也是伟大的西北工业大学航海精神的补充。

自主水下航行器集群组网技术发展与展望

自主水下航行器(AUV)可借助水声通信、协同探测和控制决策等关键技术实现集群组网,形成同构或异构集群进行协同作业。通过集群组网,可以充分发挥不同航行器平台的能力优势,实现多平台之间的信息共享、任务协同和资源整合,从而自主完成更复杂的海上作业任务。这种集群化的作业方式不仅提高了任务执行效率,还可降低作业成本,并提升海洋领域的探测、监测和应对能力。文中介绍了国内外AUV集群组网研究现状,总结了集群组网通信、集群感知、控制决策等关键技术和挑战,并针对AUV集群组网的应用需求,其在探测、通信、控制方面的发展趋势进行了展望,为开展AUV集群基础理论研究与实践应用研究提供参考。

基于国家海洋无人装备重大战略需求的创新人才培养研究

在国家海洋无人装备重大战略需求下,培养具有战略认知、海洋情怀、实践能力的创新驱动人才尤为重要。针对创新人才培养过程中面临的问题,加快培养国家战略所需创新人才,西北工业大学航海学院建立“核-壳”二元协同的研究生培养模式,创建以研究生创新能力为核心,科研、平台、竞赛相融合的“一核三维”研究生培养机制,实现突破“四模块”闭环迭代的培养途径,形成以科研育人、学术育人、平台育人和竞赛育人为抓手的创新人才培养体系,为我国军民海洋装备发展和创新型人才培养作出重大贡献。

不同厚度航行器高速入水冲击载荷及壳体变形特性

航行器高速入水过程中,壳体受冲击载荷作用将产生大变形,而大变形又反过来影响航行体的受力状态。为了了解航行体结构受入水冲击的动态响应特性,基于结构化任意拉格朗日-欧拉(structured arbitrary Lagrange-Euler,S-ALE)算法研究了航行器撞水阶段壳体所受冲击载荷与变形的关联性,获取了壳体变形模式,并分析了壳体厚度对变形的影响规律。结果表明:壳体内凹大变形将增大航行器所受法向载荷,载荷峰值的脉宽虽为“毫秒级”,但对壳体变形具有较大影响。入水速度较低时,壳体变形模式以弹性变形为主,变形区域在上凹和下凸间不断转换,增大壳厚,结构主要通过减小脉宽来抑制变形;入水速度较高时,壳体变形模式以塑性变形为主,依次出现内凹区、拉伸区和卷曲压缩区,随形变量增大,拉伸区不断扩张,而卷曲压缩区不断后移,其中内凹变形受斜入水影响向y+方向偏斜,而卷曲压缩区在壳厚较小时出现S形卷曲对,增大壳厚,结构主要通过减小峰值来抑制变形。航行器斜入水内凹变形非对称性的内在机理为弹性应变与塑性应变的叠加效应,当冲击能量不变时,增大壳厚提升了内凹区壳体对冲击能量的吸收能力,减小了拉伸和卷曲压缩形变量,此为总形变量随壳厚增加而减小的内在机理。本文得到的航行器入水载荷及变形结果,可为相关领域的研究提供参考与支持。

蝠鲼交错排布集群游动水动力性能

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能,首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型,然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法.系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚,流向间距0—1.5倍体长(BL)下的双蝠鲼集群游动过程,并结合全局三维涡结构和特征截面二维涡结构对集群系统以及集群中各单体的平均推力/效率进行分析.数值结果表明:当单体间流向间距较小时,相比于单独游动,推进性能急剧下降;随着流向间距增加,领航蝠鲼推进性能基本同单体游动保持一致;但当Dx=0.4BL时由于领航蝠鲼尾涡恰好越过跟随蝠鲼前缘直接作用在跟随蝠鲼初始脱落鳍尖涡处,大幅提升其旋涡能量,因此此时系统平均推力和效率提升均最大,分别为29.69%和6.77%.

不同通气量下双发航行体水下齐射降载增稳特性研究

基于重叠网格技术,VOF(volume of fluid)多相流模型以及改进型分离涡模型相结合方法,建立了基于主动通气下双体水下齐射降载增稳数值方法,分析了通气量对空泡形态、载荷特性及运动稳定性的影响规律。结果表明:在一定范围内,随着通气量的增加,当通气空泡完全包裹航行体孔口下方区域后,横向载荷幅值和交变峰值均减小,同时,产生的扶偏力矩能够大幅度减小双发航行体之间狭长流域产生的流动干扰现象。另外,为了避免发生共振现象,设计航行体时应尽量使其固有频率在通气效应产生的低频范围之外。综合分析,主动通气方式对多体水下齐射运动姿态的不稳定性具有较好的改善作用。

航行体出水过程空化结构演变与溃灭载荷特性研究

高速航行体肩部附着空泡穿越自由液面过程中发生溃灭现象,将产生巨大的冲击载荷,严重影响航行体出水姿态和结构安全性。该研究采用改进型分离涡模型,建立了水下发射非定常空化特性数值模拟方法。结果表明:航行体附着空泡出水过程自上而下发生溃灭现象,在溃灭末期收缩为较小的孤立空泡,溃灭产生的高速射流冲击结构表面;在出水过程中,水面附近的“反向旋转涡对”导致附着空泡发生了快速溃灭现象,以发卡涡为代表的壁面涡旋结构发展明显受到附着空泡的抑制;空泡溃灭末期的孤立泡产生了巨大的冲击压力峰值,对航行体结构安全性将造成巨大破坏。初期航行体迎流侧空泡溃灭行为也会导致较大的压力峰值出现。

支撑刚度对水下航行器电机-推进轴系振动特性的影响规律分析及优化

针对水下航行器电机-推进轴系动力学响应的影响及其优化问题,建立了水下航行器电机-推进轴系的动力学模型,模型考虑了推进电机隔振器刚度参数、推进电机内部电磁激励力、滚动轴承非线性特性、推进器动态激励力以及弹性联轴器的影响,分析了隔振器刚度特性对电机-推进轴系动力学响应特性的影响规律,提出了推进电机隔振器刚度参数优化流程,以推进电机振动响应为指标,建立了隔振器刚度优化目标函数,实现了隔振器刚度参数优化设计。结果表明,隔振器刚度参数优化能减少电机不平衡磁拉力引发的低频振动,使推进电机定子及转子振幅降低25.6%~65.7%。

基于态基近场动力学的碳化硅陶瓷圆柱壳体断裂损伤分析

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉伸和压缩实验获得SiC陶瓷的临界能量释放率,建立了适用于拉伸和压缩损伤分析的常规态基近场动力学模型.然后,采用Fortran语言编程实现了陶瓷壳体在线性递增外载荷作用下断裂损伤行为的数值仿真,并将所获得的仿真值与理论预测值进行对比,验证了所建模型的准确性.最后,对仿真结果进行详细分析,揭示了壳体结构的损伤扩展演化规律.仿真结果表明:初始损伤区源于壳体内壁面的压缩断裂,且沿环向呈90°均匀分布.随着载荷的逐渐增加,壳体外壁面出现拉伸断裂损伤区,内外壁面的损伤区先沿着周向扩展,再向着壳体中面缓慢延伸,并在厚度方向贯穿整个壳体.随后,在壳体轴线方向出现拉-压损伤混合区,该损伤区沿着轴向扩展,最终将壳体分成4个断裂区.所建模型能够有效地描述复杂载荷作用下SiC陶瓷结构的断裂损伤演化过程,同时弥补了态基近场动力学在断裂分析方面的不足.

仿牛鼻鲼机器鱼倒游性能胸鳍结构设计与实验

现有基于摆动胸鳍推进方式的机器鱼有很多突出特点,特别是前向游动稳定性,但倒游性能研究不足,因此文中针对性地讨论摆动胸鳍推进模式的仿牛鼻鲼机器鱼倒游水动力性能。分别设计了完整胸鳍结构与分体胸鳍结构,通过对比实验测试验证了分体胸鳍结构较完整胸鳍结构倒游推力的优越性,通过推力和电流的比值进一步分析能耗转化效率。实验研究了前游和倒游推力与幅值和频率变化之间的关系,并且通过采集的电流数据,整理出2种胸鳍结构在前游和倒游工况下的推力等效效率与幅值和频率变化关系曲线;分析了2种胸鳍结构产生推力及推力等效效率的原因。实验结果表明:前游工况下,2种胸鳍推力值接近,倒游工况下,随着幅值和频率的增加,分体胸鳍结构倒游推力增加明显,最大可达0.22 N;前游工况下,分体胸鳍结构推力等效效率较完整胸鳍稍差,倒游工况下,随着幅值和频率的增加,分体胸鳍结构倒游推力等效效率有显著提升。文中对分体胸鳍结构的设计为探究基于摆旋机构推进机器鱼倒游性能提供了参考。

声学黑洞在减振降噪中的研究进展

声学黑洞结构作为一种轻质、高效、宽频弹性波调控手段,在减振降噪领域具备广阔的应用前景。本文基于声学黑洞效应,以轻质高效宽频减振降噪材料用于解决工程声振问题为目的,介绍了单层/双层声学黑洞梁和附加声学黑洞吸振梁、声学黑洞压痕板和内雕板、声学黑洞圆柱壳,以及声学黑洞管道减振降噪的研究进展。结合当前声学黑洞减振降噪研究和应用过程中存在的不足,对声学黑洞减振降噪领域存在的问题和未来的研究方向进行预判,为声学黑洞减振降噪研究和应用提供一些参考。

泵喷推进器定常水动力性能数值模拟

针对装有泵喷推进器的某型水下航行器,建立了内外流场的一体化数值计算模型.基于分块网格技术耦合生成了高质量结构化网格,采用雷诺时均方法(RANS)和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,并基于有限体积法,进行了定常水动力性能的数值模拟;给出了泵喷推进器的敞水性能曲线,表明泵喷推进器效率较高,且平衡性能较为理想;分析了航行器表面和转定子叶片不同叶高处的压力分布;对转子梢涡进行了形态显示和原理解释;讨论了转子前、转定子之间及定子后不同半径处的速度分量情况;通过与全流道计算结果进行对比,说明了单流道模型对于所研究问题具有适用性及可行性.

超疏水表面的润湿性及其应用研究

润湿性是衡量超疏水表面疏水强弱的最重要特征之一,主要由表面化学组成和表面微观结构共同决定。简述了超疏水表面的润湿性理论,综述了超疏水表面的最新研究进展,包括制备方法、应用研究及理论分析,详细介绍了其在自清洁和减阻方面的应用,最后提出了现阶段超疏水表面研究所面临的问题,并展望了其诸多领域的发展前景。

微观结构对超疏水表面润湿性的影响

润湿性是衡量超疏水表面疏水强弱的最重要特征之一,而微观结构与超疏水表面的润湿性有着密切联系。本文讨论了导致超疏水现象的两种理论模型——Wenzel模型和Cassie模型,并运用模型分析了微观结构的几何参数对超疏水表面表观接触角的影响。分析表明,在制备超疏水表面过程中应使表面状态满足Cassie模型,并可以通过改变微观结构的几何参数来控制表面润湿性,获得具有较大表观接触角的超疏水表面。

Spalding公式在脊状表面湍壁摩擦力测量中的应用

在低速风洞中来流速度一定的情况下使用IFA300恒温热线风速仪测量了光滑表面和两种不同尺寸的脊状表面湍流边界层平均速度分布剖面,并验证了试验段湍流发展的充分性;通过应用Spalding壁面公式使用最小二乘法精准拟合了实验测量的边界层内层速度分布曲线,得到了湍流边界层壁面摩擦速度并进一步求得湍流壁面摩擦应力,较准确地计算出脊状表面的虚拟原点位置,并通过与对数律公式拟合结果比较分析,证实了该方法更加准确有效.最后分别计算了3种实验模型的湍流边界层动量损失厚度.通过对比脊状表面与光滑表面动量损失厚度和壁面摩擦应力,反映了动量损失厚度的大小与壁面摩擦应力的大小具有一致性,充分证实了脊状表面在湍流中具有一定的减阻效果.

预防性维修周期优化决策研究

充分考虑到系统预防维修周期随维修次数的变化情况,建立了系统预防性维修周期优化模型,该模型还考虑到预防维修可以提高系统生产效益的同时,其故障率会随着维修次数的增加而上升,引入役龄回退因子对预防维修活动前后系统性能的动态变化进行了描述。在运用遗传算法进行优化求解的基础上,本文研究了系统总效益随预防维修次数的变化率,从而有效地帮助决策者判定系统何时更好地进行更新替换。

水下无人系统发展现状及其关键技术

水下无人系统是现代海军装备的重要组成部分,是海军装备中新概念、新技术应用最为广泛的领域。文章回顾了美国制定的水下无人系统发展规划,分析了美国水下无人系统体系化、集群化以及对新概念水下无人航行器探索的发展特点;简要叙述了俄罗斯、欧洲以及国内水下无人系统的发展现状,以及国内外存在的差距;最后,针对水下无人系统"自主性、互操作、数据链、多平台协同"等核心问题,指出了所应突破的技术关键。文中的研究将为我国多样化水下无人系统开发提供依据。

半圆形随行波表面流场数值仿真及减阻机理分析

对半圆形随行波表面流场进行了数值计算及仿真,通过比较随行波表面相对于平板表面的流场变化,分析了随行波表面的减阻特性,进一步研究了随行波的减阻机理。仿真结果证明了“人工涡”的存在,即在随行波波谷内能够产生二次低速流动漩涡,这些漩涡并没有向外扩散而是在随行波内稳定下来,形成“人工涡”。

驻留航行器沉底稳定性的数值分析

采用计算流体力学方法和ICEM CFD软件对不同沉底姿态时的驻留航行器模型进行结构化网格划分,利用CFX软件对其在不同海底来流速度下的流场进行数值模拟与分析,建立了分析驻留航行器沉底稳定性的数学模型,并结合仿真结果分析了海底来流速度和沉底姿态对驻留航行器沉底稳定性的影响.结果表明:在0.514m/s的海底来流速度下,驻留航行器能够保持沉底的稳定性;在1.028m/s及以上的海底来流速度下,驻留航行器不能够保持沉底的稳定性.

基于低表面能效应的疏水表面减阻机理

针对疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了大于30%的实验室减阻效果.对疏水表面进行了表面能特性分析,认为表面组分中的-C-Si疏水基团引起了疏水表面的低表面能效应,是疏水表面具有减阻作用的直接原因.