基于Snell窗及偏振模式的水下载体航姿测量

提出了一种在水下通过Snell窗获得偏振分布模式与天顶点坐标,进而得到水下载体的航姿信息(即航向角、横滚角与俯仰角)的方法。在载体上安装鱼眼镜头与偏振相机,在水下拍摄天空,得到偏振角分布模式。建立小孔成像模型得到相机的内外参数矩阵以及镜头畸变系数,对偏振角分布模式进行畸变校正,进而得到太阳子午线特征区域,使用Canny算子检测得到特征区域边缘,由霍夫直线检测算法计算出太阳子午线与水下载体体轴夹角,得到航向角。通过实验得到不同光入射角与偏振角误差的函数关系,进行误差补偿,减小由于鱼眼镜头改变入射光偏振态带来的偏振角测量误差,进而提高太阳子午线与水下载体体轴夹角的测量精度。利用灰度阈值检测算法筛选出图像中的天顶点坐标,进而计算载体的横滚角与俯仰角,经过实验验证了算法的准确性。搭建了模拟水下环境的实验平台,实验结果表明:该方法得到的航向角平均绝对误差为0.5303°。在[-50°,50°]角度范围内,横滚角与俯仰角平均绝对误差为0.7544°与0.6213°,满足水下导航的精度需求。

水射流冲击作用下船体板架动响应分析

水射流冲击是一个极为复杂的流固耦合问题。目前大多数计算模型都是基于一定的假设,例如流体不可压缩,结构为刚性体等。本文基于三维波动方程,考虑流场可压缩性,计及水弹性的影响,采用双渐进法对流场进行求解,采用Abaqus软件模拟板架结构在水柱冲击下的动响应,实现了流体与板架结构的耦合求解,并分别分析了平板和加筋板在水柱冲击作用下的动响应。数值研究表明,冲击区域的中心处受到较大的瞬态冲击,冲击速度改变了射流冲击载荷的大小,使冲击响应随着冲击速度的增加而增大。而板厚的增加改变了板的刚度,对射流冲击具有良好的抵抗作用。

舰用齿轮箱及推力轴承抗冲击三维数值模拟

采用动态设计分析方法对舰用齿轮箱和推力轴承进行抗冲击性能分析,同时创新性地引入质量控制领域中的3σ准则思想,基于齿轮箱和推力轴承冲击作用响应确定齿轮箱和推力轴承的抗冲击危险区域,针对大齿轮传动轴轴承、轴承座、大齿轮传动轴辐板部位、下箱体箱壁交叉处等抗冲击的薄弱环节和危险区域进行结构优化设计,并与原结构进行对比分析。结果显示,适当增加危险区域的板厚,在设备质量仅微量增加的前提下可显著提高舰用齿轮箱的抗冲击能力,所采用的评估体系和流程适用于舰船所有设备的抗冲击性能预测与评估。

开孔对潜艇结构冲击损伤的影响

水下爆炸是一个复杂的能量转换过程,结构在受到水下爆炸载荷作用时会出现不同程度的损伤。本文针对开孔壳体结构在水下爆炸作用下的冲击响应进行研究,基于动塑性流固耦合方法,考虑冲击波及气泡脉动的联合作用,以声固耦合法为基础,利用Abaqus大型有限元软件模拟水下爆炸载荷对开孔圆柱壳体结构的作用,实现了流体与结构之间的耦合求解,并分析了不同开孔形式的圆柱壳体在冲击载荷作用下的动响应。通过观察典型部位的PEEQ云图和对典型部位塑性变形进行定量分析,得到方孔的应力集中现象最明显,纵缝式流水孔有较强的抗冲击性能等结论,对工程应用起到一定的参考作用。

气泡与球鼻艏结构相互作用实验研究

采用实验研究球鼻艏附近电火花气泡的运动特性,在球鼻艏正前方、斜45°及正下方不同位置通过电火花打火生成气泡,研究球鼻艏结构附近气泡脉动特性。实验发现,由于球鼻艏结构的特殊性,气泡脉动过程中呈现出与水平刚性板不同的运动状态,因自由面作用,气泡在离球鼻艏较近时可能会在中部产生撕裂,分成两个子气泡。通过总结实验,统计气泡脉动周期、射流速度、中心运动规律和分裂阈值,旨在为水下爆炸气泡运动特性研究提供参考。

水面舰船附近气泡运动数值模拟

当气泡在自由面和水面舰船附近运动时,两者的存在均会对气泡脉动产生影响。基于不可压缩势流理论,采用边界元方法对边界积分方程进行求解。针对建立自由面需要大量的网格,且处理自由面与水面结构交界面时数值不稳定,采用考虑自由面效应的格林函数取代基本格林函数,通过与自由面附近气泡轴对称模型的计算结果进行对比,验证了该方法的有效性。通过对舰船结构附近的气泡运动射流特性进行模拟,发现当药包在舷侧和自由面附近爆炸时,气泡射流可能不会完全作用在舰船上,自由面效应的存在削弱了气泡的打击能力。

不同沙粒底面下气泡脉动特性实验研究

通过高速摄影系统对电火花气泡与不同沙粒底面间的相互作用进行了实验研究,并改变气泡与沙粒底面之间的距离.实验结果表明:气泡在与沙粒底面的相互作用中会产生两种明显不同的现象,即形成与近刚性壁面类似的气泡射流以及"蘑菇状"气泡,"蘑菇状"气泡撕裂形成两个气泡,随后产生两个反方向的沿轴线方向的射流.沙粒底面边界具有刚性与弹性两种特征.另外,随着气泡与沙粒底面之间的距离d的增大,气泡脉动周期先增大然后减小,存在气泡脉动周期峰值.对于不同的沙粒底面边界,出现气泡脉动周期峰值的距离d随着沙底粒径的增大而越小.