UUV冲压活塞式装置发射鱼雷内弹道特性研究

针对无人水下航行器轻量化、体积小的要求,文中提出了一种液压缸-冲压活塞-栅状管式发射装置。为评估该装置动力特性,基于流体动力学和内弹道理论,建立了该装置发射鱼雷动力学模型,以液压缸速度为输入,获得冲压活塞前后端压力特性和发射鱼雷内弹道特性。经对比验证,上述模型计算结果与计算流体力学仿真结果基本吻合,证明了所建模型的可靠性。研究结果表明,冲压活塞运动过程中产生的最大阻力约为0.43 MPa,为满足液压缸速度输入,液压缸输出压力及功率可采用上述结果作为设计依据;冲压活塞运动在0.42 s后作减速运动,此时鱼雷运动约3.9 m,为减小鱼雷后续管内运动时的压差阻力,栅状管孔位可根据上述结果进行优化以提升补水能力,从而提高发射装置的做功能力。

深海变口径碳纤维复合材料适配器结构与安全设计

为实现水下平台发射装置变口径发射能力,开展了深海耐压和强尺寸质量约束条件下的变口径适配器结构与安全设计研究。文中适配器采用碳纤维复合材料栅状管结构形式,在工作压力、试验压力、发射膛压和发射集中力4种工况下开展结构仿真分析,并分析不同工况下的器材离管安全性。研究结果表明,文中设计的适配器满足深海耐压和强尺寸质量约束条件(长度≥3000 mm、质量≤60 kg)下的结构强度要求,设计的1∶5战斗锥度满足器材安全出管要求,实现了发射装置变口径发射能力。研究成果可为水下平台发射装置适配器的设计提供参考,适配器结构强度及离管安全性分析结果可指导适配器环境试验及陆上试验。

燃气弹射内弹道流场数值研究

利用Fluent软件对某燃气弹射过程进行三维流场数值建模,采用标准的k-ε湍流模型、Simple算法及动网格方法对弹射过程进行仿真计算,并依据计算结果分析弹射过程中的内弹道流场及武器受力特性。提出一种用于降低武器尾部冲击及使推力稳定的优化设计方案,并结合试验对优化方案进行验证,结果表明了优化方案的有效性及CFD计算方法的可靠性。研究成果对于发射装置的优化设计及实现武器安全稳定发射具有一定的指导作用。

飞机环控系统气固两相流动力特性研究

飞机环控系统目前面临的主要问题之一是大气中颗粒物的危害,一方面影响环控系统的供气品质;另一方面会堵塞、磨损环控系统中的元器件。本文基于气固两相流动数值模拟方法,对飞机环控系统中颗粒物的动力特性进行了研究。通过与飞机环控系统中几条主管路颗粒沉降率的已有实测数据进行对比,验证了离散相模型对颗粒沉降模拟的有效性。在此基础上,对颗粒沉降特性影响因素进行了研究,发现:不同粒径的颗粒物沿管高度方向的速度分布基本一致,但浓度分布却差异显著;颗粒浓度对沉降率基本无影响;不同气流速度下,所获得的固相速度分布型式基本一致,属于极值分布的类型;管长影响出口颗粒浓度分布,管道越长,出口截面上颗粒分布越集中于管底;方管与圆管相比,管线上沉降了更多的颗粒。

基于诱饵出管安全性的内弹道智能控制研究

诱饵发射装置发射诱饵时,出管速度是一个重要指标,速度越低其出管安全性越危险,速度太高则存在较大发射噪声,因此研究一种有效方法确定合适的出管速度有重要意义。为满足能量利用最优,不同深度下实现上述出管速度还需对内弹道进行智能控制。本文基于刚体运动六自由度模型进行理论计算,对诱饵出管外弹道特性及出管安全性进行研究;建立某气动不平衡式发射装置“高压气瓶-控制阀-诱饵发射管”系统内弹道模型,为内弹道智能控制奠定应用基础。研究结果表明艇速越快,发射诱饵时安全离艇所需的出管速度要求越高。通过采用多元拟合方法,获得了控制阀芯运动速度控制律与安全离艇出管速度和发射深度之间的关系式,适用于内弹道智能控制研究。

基于NSGA-Ⅱ算法的燃气弹射内弹道参数优化建模

在经典弹射内弹道理论的基础上,采用数值分析的方法对内弹道数学模型进行求解,评估不同的内弹道参数对于内弹道性能的影响,最终选择以燃速系数、燃速压强指数、虚拟质量系数和散热修正系数为优化变量,以理论值和实验值的吻合程度为优化目标,应用NSGA-Ⅱ算法对内弹道参数进行优化,得到了各优化变量的Pareto最优解集,并采用最优折中解决策选择了合理的最优解。优化设计结果表明:参数优化后内弹道的理论计算值与实验值吻合更好,最大膛压和出管速度的理论计算值与实验值之间的误差更小。文中所用的优化方法能够有效提高内弹道数学模型的计算精度,对于内弹道优化设计具有一定的指导意义。