一种小型水下高速运动体的自主测速方法

针对水下高速运动体自主测速困难的问题,基于涡轮转速与运动载体速度在一定范围内的线性关系,提出一种适用于小型水下高速运动体的自主测速方法。建立了基于力矩平衡的涡轮转动黏性数学模型,给出了模型求解方法,计算并获得了理论曲线。设计制作了原理样机,在高速水洞中进行了模拟实验。结果表明:在实验段测速线性度误差为3.89%,初生空化数约为1.02,在水下1 m以下环境,测量30节(55.56 km/h)以内的速度不会发生明显空化。该方法经初步验证切实可行。

水中弹药引信外置涡轮高速旋转两相流动数值仿真

为预测空化条件下的涡轮转速,获得涡轮叶片附近空化情况、压力系数、阻力系数等数据,采用SchnerrSauer空化模型,进行了水中弹药引信涡轮高速旋转两相流动的三维流场数值仿真研究。计算得到不同水深（10m、30m及50m）和弹速（5 ～ 100m/s）条件下的流场数据。结果表明：引信涡轮表面在弹速30m/s左右时空化初生,且空化尺度随着弹速的增加而增大;弹速100m/s时,头部粘性阻力占总阻力的18.7%;涡轮转速与水深、静压、弹速相关,高速时涡轮转速随水深减小明显,与弹速基本成正比线性关系,非线性度约为0.998。

小攻角下的水中引信前置涡轮转动特性和空化研究

为了获得小攻角下水中引信前置涡轮的转动特性,理论分析了小攻角下涡轮的转动情况,并建立了仿真模型和试验方案.以此为基础,针对0°攻角和5°攻角,获取了0～35 m/s来流速度下的涡轮转速.在10 m/s来流速度下,针对无空化以及空化数为0.2 ～1.0的情况,利用仿真和试验结果对比分析了0°攻角和5 °攻角下相应的涡轮转动和空化特性.研究结果表明,仿真结果与试验结果基本一致,较好地预测了涡轮的特性.与0°攻角情况下相比,在较低来流速度（小于20 m/s）下,5°攻角情况下的涡轮转速偏大,高速下反之;在发生空化时,5°攻角情况下的涡轮失去了原有转速信号的周期性变化,并在更低的空化数下停转.

水下火箭弹引信涡轮全弹道测速误差分析

为了提高水下火箭弹引信的测速、测距精度,分析了头部测速涡轮在全弹道环境下速度测量值的变化误差。首先针对水中弹药弹道特点,理论分析了在动态变化、小攻角、发生空化等情况下涡轮转动情况。讨论了使用动态数值仿真进行弹道环境模拟的方法,并结合仿真实验结果对该涡轮的测速进行误差分析。结果发现,在低速情况下动态误差较大,该误差随着速度的增加而减小;高速时产生的空化将会对涡轮测速误差产生较大影响,在传感器特性曲线上形成另一个"驼峰";小攻角下的全弹道测速误差变化趋势与无攻角情况基本一致。该分析结果对使用涡轮机构进行水下测速的水下高速运动体均具有参考意义。

水下测速涡轮传感器动态实验研究

水下高速运动体可利用前置涡轮传感器来测量其自身运动速度。建立了水下测速涡轮传感器的动态方程,并分析了其在稳定加减速下的响应规律。利用高速水洞设备,设计了加减速的动态过程实验,并对实验结果进行了分析。理论分析和实验结果表明:动态模型与实验结果基本吻合,动态下的运动规律与稳态变化规律基本相符。与静态测量值相比,此水下涡轮测速方案在加减速过程中存在动态误差,其中加速过程误差较大,在实际测量中需要修正。

引信测速涡轮参数多变量非线性优化方法

针对目前引信涡轮结构参数主要采用经验设计与试验设计的问题,基于最优化理论,提出了引信涡轮参数多变量非线性优化设计流程与方法。以涡轮转速-弹速曲线具有最佳线性度为目标,对叶片数目N、叶片导程L d及叶片厚度t b3个参数进行优化设计。加工模型并进行了水洞模拟实验,实验结果表明:优化前后,涡轮转速-弹速曲线的非线性度系数分别为0.992和0.996,优化后的涡轮具有更好的工作性能,该优化设计方法切实可行,具有工程实际应用价值。

水下火箭弹引信定距用涡轮流体动力特性

水下火箭弹是一种应用于小型水下航行器等的新型水中武器,具有作战距离短、威力大的特点。根据其使用环境,要求保险机构能在到达指定距离后短时间内完成解除保险,所以解除保险信号的准确性非常重要,但未见相关研究发表。针对水下涡轮机构用于引信解除保险的可行性和稳定性,运用ANSYS14.0中的ICEM和FLUENT模块,对该机构流体动力学性能进行了仿真分析。结果表明:水下火箭弹涡轮定距解除保险机构中,涡轮启动速度小(水深20m时约2.97m/s),涡轮转速和弹速之间线性度良好,在水深0～50m、弹速0～100m/s内,由水深产生的误差不大于2.4%。分析表明:该研究方法可信度较高,涡轮应用在火箭弹定距中可行,且精度较高。

水下弹药碰撞与弹道信号特点数值分析

根据水下火箭弹使用环境,易出现低速大着角碰撞,此时弹体轴向加速度与弹道水流阻力下加速度大小会较为接近,导致发引信误发火问题,但未见相关研究成果发表。针对水下火箭弹弹道和碰撞时的加速度特点问题,运用ANSYS 14.0中的LS DYNA和FLUENT模块进行了仿真分析,结果表明在低速大倾角碰撞时轴向加速度信号小于弹道上的最大加速度信号,但此时弹体法向加速度差别较明显。根据仿真结果特点提出了一种加速度触发复合的发火控制方法,分析表明该软件仿真方法成熟、结果可信度较高,数据中存在的问题有合理的解释,该方法可以实现水下火箭弹碰撞信号和弹道信号的区别,且准确度较高,可以在设计中应用。

压缩式压电传感器的基座应变敏感特性及其在低速碰撞识别中的应用

针对压缩式压电传感器的基座应变敏感特性,研究了理论模型和灵敏度表征方法,并创新性地提出将其应用于低速碰撞识别。通过试制传感器样品,进行了基座应变灵敏度测试,设计了模拟碰撞试验并进行验证。试验结果表明:在不同碰撞工况下,传感器样品的输出峰值(等效g值)大大高于单纯的加速度测量值,1m/s正碰时的输出峰值高于标准传感器246%,采用该方案比仅采用加速度信息识别碰撞具有更好的灵敏性,有助于更好地识别低速碰撞过程。

基于数值仿真的水下火箭弹引信远解机构取压点优选

为了获得某水下火箭弹引信远解机构的最佳取压点,采用数值仿真计算了42种情况下弹体压力分布情况.提出一种在考虑水深、攻角等因素影响时优选最佳取压点的方法,基于仿真结果,计算得到了最佳取压点.结果表明,优化后的方案具有较高的理论精度,解保距离理论散布在-6.5%～6.5%以内,可满足实际需要.利用水下弹道压力环境实现远距离解除保险是可行的,为水下火箭弹引信远解机构方案设计提供了参考.

水中测速涡轮高速旋转下的空化特性研究

水下常规弹药引信可利用外置涡轮获得其自身运动速度,研究高速旋转涡轮的空化特性对引信测速、测距误差的分析具有重要意义。该文从空化的发生和发展机理出发,针对水流速度为10m/s和8m/s下的不同空化数,分别利用数值仿真和空化水洞实验对涡轮空化形态和动力学特性进行了研究,并分析了空化条件下的涡轮转动。根据仿真和实验的结果,对涡轮空化发展的各阶段特征进行了分析比较。结果表明,数值方法能较好的预测涡轮空化的发展规律和空化下的涡轮动力特性;在一定的水流速度下,涡轮的转动速度随空化数的降低先略有升高然后降低;在一些水流速度和空化数下,涡轮转速信号具有明显的低频周期性变化。