具有推力矢量控制系统的导弹流体动力

采用数值模拟方法研究了带有摆动喷管的导弹水下发射时燃气流场与水流场的相互干扰 ,及其对导弹所受水动力和气动力的影响 .计算采用燃气泡物理模型 ,通过水流场和气流场的耦合计算模拟整个流场的形态 .对水流场采用势流理论 ,通过三维 Hess- Smith方法进行求解 ;对燃气流场 ,以 Euler方程为基本方程 ,采用无波动、无自由参数的耗散差分格式 (NND差分格式 )进行求解 .在燃气泡壁面 ,水流场和燃气流场通过速度条件和压力条件相互耦合 .给出了不同时刻水流场和气流场的物理量分布、喷管摆动角与导弹力矩的关系 ,并对燃气泡的演变过程作了分析 .

喷管不同摆角对水下发射导弹受力的影响

论文研究了带摆喷管推力矢量控制系统的导弹水下垂直发射时,不同喷管摆角对三维水气流场的非定常发展变化过程及对导弹受力的影响。采用燃气泡物理模型,通过水气流场的耦合计算研究燃气与水的相互作用,运用欧拉-拉格朗日和时间步进的方法跟踪燃气泡自由面。以三维欧拉方程为控制方程对喷管和燃气泡内的三维气流场进行数值计算,根据燃气泡不断运动变化的交界面生成贴体动网格,在贴体坐标系下采用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND差分格式)数值求解三维气流场。采用势流理论,以拉普拉斯方程为控制方程,利用三维Hess-Smith方法数值求解了导弹与燃气泡周围的三维水流场。给出了不同时刻泡形的变化,气流场内马赫数、压力的演变规律,导弹受力及力矩。通过多个工况的对比计算,研究了喷管摆角对导弹受力及水气流场的影响。

大深度水下航行体引起的水底压力变化

水下航行体引起的水底压力变化是航行体的重要目标特性之一,可用于水下运动目标探测和水中兵器研制.基于船舶水动力学势流理论,建立了水下航行体水底压力计算模型.利用HessSmith方法,对大深度水下航行体的压力场分布进行了计算,分析了航行体水压场沿纵向和潜深的变化规律,计算结果和实验结果有较好的一致性.

利用面元法计算舰船在水底引起的压力分布

舰船水压场的研究是设计新型水压水雷、研制水压扫雷具以及舰船自身防护的依据,具有重要的军事意义。基于船舶水动力学势流理论,建立了计算有限水深舰船水压场的数学模型。采用Hess-Smith方法将面源分布于船体表面,对舰船在有限水深引起的水底压力变化进行了数值计算,并与已有的实验结果进行了比较。进一步分析了舰船水压场的分布特点和水深、船体外形对压力场分布的影响。理论计算与实验结果对比表明:两者之间吻合良好。

基于二次流能量法的最小阻力船型研究

船体尾部流场速度场的横向和垂向分量是导致粘性阻力增加的根本原因,为了获得最小总阻力船型,以船体尾部区域为优化设计对象,以YZ方向的二次流能量最小为目标函数,以样条函数的参数为设计变量,在保证排水量为基本约束条件下,根据实际情况附加其它约束条件来控制尾部形状的变化,采用非线性规划法进行优化设计。通过集装箱船的优化算例,证实了采用该方法进行船型阻力优化的可靠性。

水下滑翔机水动力外形优化配置

水下滑翔机升阻比是决定其滑翔经济性最关键影响因素,也是水下滑翔机优化设计的重要目标.论证了势流理论与湍流摩擦阻力计算相结合的方法在水下滑翔机水动力特性计算中的可行性,并采用该方法对水下滑翔机在滑翔状态下水平翼对滑翔经济性的影响进行了数值模拟研究.有助于进一步提高水下滑翔机的水动力性能.

三体船操纵性计算与特性分析

根据操纵性运动线性方程与一阶KT响应方程对某三体船型操纵性运动进行预报。方程中的船体加速度类水动力导数采用Hess-Smith法计算,船体速度类水动力导数采用细长体理论并结合经验公式和图谱进行计算,舵导数采用短翼理论并结合经验公式和图谱进行计算。最后,根据理论计算结果对侧体位于不同纵向位置的三体船和单体船的操纵性规律、特性以及特征参数进行了分析、对比。计算结果表明,该计算方法具有良好的应用前景。

三体船操纵特性计算机数值仿真

以三体船水动力型和K、T响应型(线性和弱非线性)操纵性运动方程为理论基础,以三体船重心运动轨迹微分方程组为数值仿真基础,采用仿真计算工具Matlab软件,对三体船回转运动轨迹、操纵性曲线以及Z型操纵试验曲线等操纵运动特性诸元进行了仿真计算。通过和单体船的对比分析,所得出的计算结果比较合理,计算结果显示三体船较单体船定常回转特性有所下降,而直线稳定性有所加强,跟从性和转首性有所提高。

潜射导弹出筒过程水动力计算

研究导弹出筒弹道和姿态优化问题,针对潜射导弹出筒过程所受水动力直接影响导弹的结构载荷和水下弹道,使出筒姿态受到影响。根据势流理论和拉格朗日力学原理,为保证发射的有效精度,提出了潜射导弹出筒过程的模型和水动力计算方法。应用赫斯-史密斯方法,计算了出筒过程的潜射导弹时变附加质量;应用在克希霍夫方程的基础上推导的包含时变附加质量系数的潜射导弹六自由度运动水动力方程组计算了出筒过程水动力。水动力算例结果表明所建立的模型和计算方法可行,可为潜射导弹发射提供研究参考和依据。

鱼雷头部自噪声计算方法

文中根据物面分布源汇法和边界层动量积分法计算了不稳定点、转捩点位置和鱼雷头部转捩区长度,在此基础上进行了鱼雷头部自噪声计算。

地磁场中海水绕回转体流动诱导电场的数值计算

给出了描写地磁场中海水绕回转体流动诱导的电场的基本方程、边界条件及其计算方法 .在势流假定、忽略自由表面和海底影响的条件下 ,对绕兰金体 (Rankinebody)流场诱导的电场进行了数值计算 .

水下滑翔机附加质量数值计算

水下滑翔机的附加质量对其运动状态影响较大,本文采用了Hess-Smith(面元法)方法编制了计算任意三维物体附加质量的程序,利用Gambit软件对水下滑翔机进行网格划分,计算出实验室所研制的水下滑翔机附加质量,同时利用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术,结合动网格技术和UDF(User-Defined Function),对水下滑翔机进行了PMM(Planar Motion Mechanism)试验模拟,并与Hess-Smith方法得到的结果进行对比,分析两者之间的特点和各自优势。

带附体水下航行体近底运动时引起的流场压力变化

基于势流理论,忽略水面兴波影响,以SUBOFF模型为对象,建立了水下航行体近底运动时引起的流场压力变化的数学模型,并应用Hess-Smith方法编程计算了SUBOFF模型的两种代表结构AFF-1和AFF-2近底运动时引起的流场压力变化。通过将SUBOFF模型表面压力系数的计算结果和实验数据进行比较,验证了该计算方法及程序的正确性和可靠性。对SUBOFF模型引起的水底压力变化特性进行了计算和分析。结果表明:SUBOFF模型指挥台围壳对水底压力变化的影响很小,可以忽略。

利用面元法计算潜艇在水底引起的压力分布

针对潜艇水下航行时的压力场特性,应用船舶水动力学势流理论,建立计算潜艇水压场的数学模型。采用Hess-Smith方法将面源分布于艇体表面,对潜艇引起的水底压力变化进行数值计算,并与主艇体及已有实验结果进行比较。分析潜艇水压场的分布特点以及水深、指挥台围壳对压力场分布的影响。理论计算与实验结果对比表明,二者之间吻合良好。