轮式高速两栖车辆水上航行阻力成分占比分析

对某轮式高速两栖车辆水上航行工况全航速范围的阻力成分占比开展分析,为其水动力构型的优化设计提供方向性指导。采用CFD软件FINETM/Marine开展带自由面的模型阻力数值计算,通过与模型试验结果对比验证了数值计算方法。通过叠模数值计算确定了对应各航速的水粘压阻力,其中针对高速时的“干方尾”现象,提出以动态吃水平面切割尾波谷自由面形成尾部导流体的叠模计算几何模型构建方法。结合带自由面阻力计算得到的空气阻力和其他水阻力成分,分析了不同阻力成分的占比及其随航速变化的规律。结果表明,该轮式两栖车全速度范围内的水阻力在总阻力中的占比都高于90%;排水航行阶段,水粘压阻力占比最高,约为45%~70%;过渡航行阶段,兴波和飞溅阻力占比最高,约为45%~70%;滑行阶段,水摩擦阻力占比随航速增大迅速提高,设计航速时在总阻力中占比约为36%。

水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真系统研究

为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行修正,提升了实时仿真系统的精度。在此基础上研制试验样车,对不同工况下实时仿真系统的准确性进行验证。试验结果表明:所构建的两栖车辆水上运动特性实时仿真系统兼具计算精度和计算效率,可以快速准确地预测车辆的运动姿态,适用于多种复杂工况,具有姿态预测的泛用性。新系统在两栖车辆研制阶段、驾驶员培训、半实物仿真演练、复杂环境模拟等方面具有较强的应用价值和应用前景。

喷水推进两栖车辆水面航行特性试验与数值计算研究

兼具陆上机动、水面航行及水陆交界地带作业能力的特种水陆两栖车辆,是未来多域协同系统中重要组成部分。以喷水推进两栖车辆为研究对象,基于船模拖曳水池试验,获得了弱约束条件下喷水推进两栖车辆的航行特性,建立了喷水推进器与两栖车辆一体化操控的数值计算方法,对喷水推进两栖车辆水动力性能展开研究并充分验证了数值计算方法的准确性,对比分析了两栖车辆设计航速下拖曳与约束自航条件下的航行特性。相比于常规的“船-泵”一体化研究,从两栖车的角度丰富了喷水推进器和水面航行体相互影响的研究。结果表明,约束自航条件下车体阻力相比无喷水推进条件下阻力增加17.6%,喷水推进器运行导致的车辆姿态变化是造成增阻的主要因素。约束自航条件与拖曳条件相比,虚长度延伸长度从-0.864 X/L(X为距车辆重心长度,L为两栖车总长)增加至-1.513 X/L。与此同时,鸡尾流波高高度与发散波面积显著增加,从0.037 H/L(H为波面高度)增加至0.061 H/L,增加了尾流场附近能量损失。

两栖车辆发动机增压匹配及控制策略研究

针对两栖车辆在水陆工况下的功率需求,开展车辆在两种工况下的动力系统增压匹配及控制策略研究。建立了车用发动机在两种工况条件下的一维仿真模型,对增压器、放气阀等关键部件进行了标定,并对整机仿真模型进行了实验验证。以此模型为基础完成了两种工况条件下的增压系统匹配,研究两栖工况下的增压发动机输出特性,制定两种工况下的废气旁通阀开度控制策略。结果表明,计算匹配的增压器和控制策略满足两栖车辆在不同工况下的功率需求。

M型超高速两栖车辆静水航行数值计算分析

两栖车辆的水动力构型研究正逐步由中低航速构型转向高航速构型设计。为解决两栖车高航速阻力大、兴波强烈等问题,提出M型超高速两栖车辆构型,并基于计算流体力学方法对该车型不同直航工况进行了数值分析。分析结果表明,该构型能够通过吸收首兴波提升车体整体水动升力并显著降低两栖车辆水上航行阻力,且通过合理的重心位置设计能达成较好的纵向稳定性。

某超高速两栖车辆水动力学特性分析研究

以某超高速两栖车辆为研究对象,其车体采用M型构型,针对其水上高速滑行状态,利用计算流体力学(CFD)开展水动力学特性分析研究,重点对流场、阻力特性、升沉特性、纵倾及其力矩等进行了研究.结果表明,车辆在航速35 km/h左右时阻力达到峰值,在航速50 km/h时完全处于滑行状态,且其升沉和纵倾特性表明,车辆在各航速下能够稳定航行.

两栖车辆水下热管散热系统数值设计与试验研究

两栖车辆在现代装备中占有重要地位,而现有的两栖车辆水下动力系统的散热系统难以满足水中行驶工况下的散热要求。设计一种用于两栖车辆水下动力系统的热管散热系统,使用Fluent软件对热管散热系统的工作情况进行仿真分析,并进行了试验研究。结果表明:设计的热管散热系统能够满足两栖车辆水下动力系统水中行驶工况下的散热要求。

两栖车辆发动机辅助系统研究

针对某两栖车辆在水陆工况下的特殊环境条件,建立了车用发动机在特殊工况下的辅助系统参数化一维仿真模型,开展空气滤清器阻力、中冷后温度、排气背压(增压器)等辅助系统参数对发动机输出功率等特性的影响规律研究,并搭建了实验测试台架,完成了模型的校验和规律性验证.研究结果表明:该仿真模型具有一定的准确性,研究结论和实验吻合度较好,可以为两栖车辆发动机辅助系统设计提供理论依据.

防/压浪板对两栖车辆航行性能影响研究

两栖车是一种既可在陆地行驶,又可海上航行的特种车辆。海上航行性能在两栖车辆总体设计过程中需要重点研究。防浪板和压浪板的广泛应用为两栖车辆的总体设计提供了新的优化方案。为了研究防/压浪板对两栖车辆航行性能的影响,对防/压浪板安装模式为首尾均不装浪板(基础型)、首装尾不装(防浪板型)、尾装首不装(压浪板型)和首尾均装浪板(首尾浪板型)的两栖车辆模型进行数值分析。研究基于计算流体力学软件,在1kn到10kn航速条件下,研究不同浪板安装形式对两栖车辆航行过程中耐波性能的影响。研究结果表明:基础型和压浪板型高速航行时会造成首倾,防浪板型和首尾浪板型会造成尾倾。就航行安全型而言,防浪板型和首尾浪板型优于基础型和压浪板型。而首尾浪板型的纵摇由于压浪板的存在相对于防浪板型可以减摇29.12%。

基于无网格化LBM方法的高航速两栖车辆数值模拟研究与试验

随着两栖车辆水上航行速度逐渐向高航速发展,其水动力学特性由于具有自由面大变形、瞬态载荷以及湍流流动等复杂特征对流动特性的影响非常复杂。利用无网格模型、LBM计算方法对两栖车辆水动力学特征参数进行了数值仿真模拟,并与拖模实验结果对照。结果表明该数值仿真方法能够准确地给出复杂表面流场状态分布,与实验结果符合程度较高。

两栖车辆发展——水上推进技术的需求与应用

该文介绍了两栖车辆装备与技术的发展历程,在经过近几十年的技术更新与升级,已经实现由一代排水航行两栖车辆向三代水上高航速两栖车辆的跨越式发展。文章通过分析两栖车辆总体设计中滑行车体构型设计、水陆动力匹配设计、工况转换与控制,以及水上安全性等关键技术与发展趋势,指出新概念无人化两栖平台对未来两栖作战样式变化、非对称作战能力的提升有重要的意义,对高功率电驱式喷水推进器、电控式矢量推进等水上推进技术提出了更为紧迫的应用需求。

基于计算流体动力学的两栖车辆水动力特性数值计算

应用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,建立某型两栖车模型带自由表面粘性绕流场的数学模型,阐述求解的数值计算方法。采用RNG k?ε湍流模型、流体体积法(Volume of fluid,VOF)和压力隐式算子分割(Pressure implicit with splitting of operators,PISO)算法,运用FLUENT软件对车体绕流场进行三维瞬态数值计算,得到绕流场的速度与压力分布、阻力和兴波特性,并结合相关试验数据验证了数值方法的正确性,解决了以往由于忽略兴波特性导致数值计算结果随航速提高误差不断增大的问题。在此基础上,对该两栖车外形提出了优化方案,计算分析车体首、尾端切角及车轮不同收、放状态对绕流场的影响。计算结果表明,两栖车改进后的水动力性能有了较大改善,航速10km/h时,减阻效果可达原车总阻力的51.2%,为减阻提速的研究提供了一定的参考。

纵倾角对轻型轮式两栖车辆的阻力特性影响研究

提高两栖车辆航速的有效途径之一是减小整车阻力,为了研究纵倾角对阻力特性的影响,采用数值计算的方法研究了轻型轮式高速两栖车辆水上航行的阻力特性,数值计算结果和试验取得了较好的一致。研究结果表明:当车体纵倾角较小时,随着航速的增加,阻力逐渐增大;当车体纵倾角较大时,随着航速的增加,阻力先增大后趋于稳定;当航速较小时,纵倾角对阻力影响较小;当航速较大时,随着纵倾角的增大,阻力先减小后增大;随着航速的增加,车体纵倾角的适航范围变小,但对阻力的影响幅度变大。

两栖车辆喷水推进系统的优化设计方法

开发一种基于水泵数据库的喷水推进系统的优化设计方法.以现有泵的水力模型建立数据库,根据两栖车辆喷水推进系统的技术要求和相似换算方法,从数据库中优选满足性能要求的模型泵进行设计,为设计和深入研究两栖车辆喷水推进系统提供理论依据.将该方法应用于某型号车型的优化设计,满足了该两栖车辆的预期性能.

沿海两栖车辆腐蚀现状及腐蚀综合控制技术

针对两栖车辆在海洋环境下的使用情况,全面系统地介绍了两栖车辆在海洋环境下的腐蚀情况,并针对腐蚀问题和规律,提出两栖车辆腐蚀综合控制的理论及防腐设计原则。重点介绍了两栖车辆Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn六元牺牲阳极材料、陶瓷型耐磨蚀涂层、复合防腐涂覆层、异种金属电位匹配、高分子密封防腐等专项腐蚀防护技术,提出树立全系统和全过程腐蚀综合控制的思想,制定以预防、控制和治理为主要内容的工艺规程,构建腐蚀控制维修保障的配套技术手段,从顶层完善工腐蚀控制理论体系。

两栖车辆在波浪中的摇荡问题研究

摇荡是两栖车辆在海上使用中存在的重要问题,它直接影响着乘员和装备的战斗力发挥。基于船舶的耐波性理论对两栖车辆在波浪中的线性摇荡问题进行了描述,通过实验得出了两栖车辆及其行走机构在横摇、垂荡状况下的共振频率和无因次阻尼系数,并对两栖车辆在我国某海域的海浪情况下可能出现的3种典型摇荡问题进行了简单的计算分析。

两栖车辆非线性横摇阻尼系数估计

为了估计两栖车辆非线性横摇阻尼系数,根据能量法提出了能量损耗函数概念,并根据两栖车辆自由横摇衰减曲线确定实验的能量损耗函数,再采用最小二乘法来确定非线性阻尼系数。为了考察该方法的有效性,通过数值仿真的方法生成模拟自由横摇衰减曲线,采用提出的方法预报了不同初始条件下的阻尼系数,最后根据两栖车辆的自由横摇衰减曲线,估计了平方型的阻尼系数。结果表明该方法精度高、操作简单,不但适用于小角度横摇,而且适用于大角度横摇。

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 .

两栖车辆实时控制水陆性能虚拟试验系统开发

两栖车辆有水上、陆上、水陆过渡3种工况。目前对两栖车辆的仿真计算主要有两种:一是利用多体动力学软件平台进行陆上仿真;二是利用计算流体力学软件进行水上性能仿真。都是针对单一工况进行仿真。为了解决多种工况下的动力学计算问题,采用粒子流场与刚体碰撞耦合的理论,结合传统多体动力学计算方法,建立了实时控制的两栖车辆全工况的动力学仿真系统。在此基础上实现了对多项水陆性能的虚拟试验,并以某高速履带两栖车辆为实例进行了验证。验证结果表明:与试验数据对比,该仿真方法的计算误差小于15%,具有一定的准确度。

基于流体体积的两栖车辆阻力并行数值计算

为了在概念设计阶段评价两栖车辆的水上性能,研究了采用流体体积函数(VOF)多相流模型对两栖车辆进行模拟计算的可行性,提出了使网格单元体积变化均匀的混合网格划分方法,比较了并行计算环境下的不同网格分割方法,给出了计算结果收敛的评价指标,并分别采用稳态静网格、瞬态静网格和瞬态动网格三种模型对轮式两栖车辆的阻力进行了计算.结果表明,模拟和试验的误差可控制在10%内,在当前技术条件下瞬态静网格模拟方法是比较可靠的两栖车辆阻力计算方法.