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水下航行体微气泡减阻特性试验研究

振动与冲击 2019年第5期38卷 203-208,228页

作者：宋武超王聪魏英杰路丽睿哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为研究微气泡对水下航行体减阻影响规律,分析微气泡流形态变化特性,基于高速摄像系统和测力系统,开展水下航行体微气泡减阻特性试验研究。基于高速摄像系统,对比分析了微气泡流形态变化特性及微气泡尺寸分布特征;基于测力系统,分析了微... 详细信息

为研究微气泡对水下航行体减阻影响规律,分析微气泡流形态变化特性,基于高速摄像系统和测力系统,开展水下航行体微气泡减阻特性试验研究。基于高速摄像系统,对比分析了微气泡流形态变化特性及微气泡尺寸分布特征;基于测力系统,分析了微气泡减阻特性变化规律及微气泡尺寸对减阻效率的影响。试验结果表明:通气环和通气段模型在不同通气率下微气泡流形态的最主要差别在于是否存在"卷起"和空穴现象,且微气泡流形态的不同对微气泡的减阻规律产生直接影响;不同条件下,微气泡尺寸分布均服从正态分布,且相同来流速度下,微气泡直径随着微孔介质孔隙的增加而增大;随着通气量的增加,通气环模型减阻率依次呈现缓慢增加、快速增加和逐渐稳定三个阶段,通气段模型减阻率则始终保持以一个较为稳定的增长率线性增加,直到最后逐渐稳定;尺寸较小的微气泡具有更高的减阻效率。

关键词：水下减阻微气泡流空隙率水洞试验

不同头型射弹低速倾斜入水空泡及弹道特性试验研究

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兵工学报 2018年第7期39卷 1364-1371页

作者：路丽睿魏英杰王聪宋武超哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

为研究射弹头型对低速倾斜入水空泡及弹道特性的影响,基于高速摄像方法,开展不同头型射弹低速倾斜入水对比试验,得到了射弹头型对入水空泡、运动速度、俯仰角和阻力系数的影响规律。试验结果表明:同一入水时刻,空泡直径随着头部锥角增... 详细信息

为研究射弹头型对低速倾斜入水空泡及弹道特性的影响,基于高速摄像方法,开展不同头型射弹低速倾斜入水对比试验,得到了射弹头型对入水空泡、运动速度、俯仰角和阻力系数的影响规律。试验结果表明:同一入水时刻,空泡直径随着头部锥角增加而增大,半球头型射弹入水空泡直径小于锥角头型射弹;锥角头型射弹速度衰减速率随着锥角增加而增大,半球头型射弹速度衰减率小于锥角头型射弹;入水过程中半球头型射弹俯仰角变化最为剧烈,弹道稳定性也较差;不同头型射弹在入水过程中运动参数呈现出较强的非线性特性。

关键词：射弹头型空泡低速入水倾斜入水弹道特性

微气泡与聚合物对水下航行体减阻特性影响试验研究

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兵工学报 2018年第6期39卷 1151-1158页

作者：宋武超王聪魏英杰路丽睿哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

为研究微气泡与聚合物对水下航行体减阻特性影响,采用微孔材料并基于高速摄像系统和测力系统,针对微气泡与聚合物共同作用下水下航行体减阻特性开展水洞试验研究。基于高速摄像系统对比分析了不同速度和通气量下微气泡流形态变化规律;... 详细信息

为研究微气泡与聚合物对水下航行体减阻特性影响,采用微孔材料并基于高速摄像系统和测力系统,针对微气泡与聚合物共同作用下水下航行体减阻特性开展水洞试验研究。基于高速摄像系统对比分析了不同速度和通气量下微气泡流形态变化规律;基于测力系统对比分析了微气泡和聚合物共同作用下航行体减阻特性变化规律。试验结果表明:采用微孔材料的航行体微气泡流均匀分布在航行体表面,模型尾部微气泡流上漂现象较为明显,且上漂的微气泡始终为离散形态;对于未通气状态下的聚合物减阻,在相同来流速度下,减阻效果随着聚合物浓度增加而增大,但存在聚合物饱和效应,且饱和聚合物浓度值随着来流速度增加而减小;聚合物和微气泡联合减阻效率大于单独一种减阻方式;在来流速度较小时,聚合物溶液减阻率随着通气量增加而逐渐增大,但随着聚合物溶液浓度增加,微气泡减阻率差异逐渐减小并最终趋于一致。

关键词：水下航行体减阻特性微气泡聚合物水洞试验

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圆柱体并联入水过程空泡演化特性实验研究

力学学报 2019年第2期51卷 450-461页

作者：卢佳兴魏英杰王聪路丽睿许昊哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

运动体并联入水广泛存在于机载射弹灭雷、空投鱼雷饱和攻击等空对海作战方式中,具有极强的工程应用背景.为得到运动体并联入水过程中空泡演化特性,采用基于高速摄像技术的光学测量方法,对圆柱体入水过程开展实验研究.利用图像处理技术... 详细信息

运动体并联入水广泛存在于机载射弹灭雷、空投鱼雷饱和攻击等空对海作战方式中,具有极强的工程应用背景.为得到运动体并联入水过程中空泡演化特性,采用基于高速摄像技术的光学测量方法,对圆柱体入水过程开展实验研究.利用图像处理技术对采集的图像序列中的空泡轮廓进行识别提取,通过对比单圆柱体和双圆柱体在不同弗劳德数下的空泡轮廓分析圆柱体并联入水过程的空泡演化特性和弗劳德数对其的影响.实验结果表明:入水空泡整体呈现良好的镜面对称特征,而圆柱体内外侧空泡存在明显的非对称性,当入水时刻的弗劳德数较低时,空泡闭合方式为深闭合,闭合点随弗劳德数增大而后移,当弗劳德数达到临界值时,闭合方式过渡为表面闭合且表面闭合方式下闭合点随弗劳德数增大而前移.在弗劳德数的正激励和环境压力、喷溅回卷负激励作用下,水下不同深度截面上的空泡扩张和空泡中心向外侧偏移量的峰值和时长均随弗劳德数增大呈现先增大后减小趋势,由于不同深度处主导的激励作用不同,故峰值和时长发生转折的弗劳德数临界点不同.

关键词：并联入水空泡演化空泡闭合弗劳德数中心偏离值

双圆柱体低速并联入水过程空泡及运动特性试验研究

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振动与冲击 2019年第7期38卷 42-49页

作者：路丽睿魏英杰王聪宋武超刘凯航哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为深入了解双圆柱体低速并联入水过程空泡演化及运动规律,基于高速摄像方法,开展了圆柱体低速并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了并联入水双空泡演化机理;进一步开展了不同入水速度试验,研究了入... 详细信息

为深入了解双圆柱体低速并联入水过程空泡演化及运动规律,基于高速摄像方法,开展了圆柱体低速并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了并联入水双空泡演化机理;进一步开展了不同入水速度试验,研究了入水速度对并联入水过程圆柱体运动特性的影响,并结合空泡演化规律,分析了空泡演化过程对圆柱体运动的影响机理。研究结果表明:圆柱体低速并联入水过程中,入水空泡呈现明显不对称特性;在非对称流体动力作用下,圆柱体产生了偏转与横向运动,且偏转运动受空泡闭合影响较大;两圆柱体运动特性曲线与双空泡形态呈现良好的对称性。

关键词：并联入水空泡运动特性

基于势流理论的回转体并联入水双空泡演化动力学研究

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物理学报 2018年第22期67卷 307-322页

作者：宋武超魏英杰路丽睿王聪卢佳兴哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

两回转体并联入水过程中,双空泡在空间上相互干扰,使得单个入水空泡呈现非对称特性.本文基于势流理论,在现有二维轴对称入水空泡计算模型的基础上,对空泡干涉区域的三维流动进行简化,将相对流动对空泡发展的约束简化为约束势,分析了两... 详细信息

两回转体并联入水过程中,双空泡在空间上相互干扰,使得单个入水空泡呈现非对称特性.本文基于势流理论,在现有二维轴对称入水空泡计算模型的基础上,对空泡干涉区域的三维流动进行简化,将相对流动对空泡发展的约束简化为约束势,分析了两回转体轴线内外两侧的空泡形态变化;基于非线性假设,引入影响函数,给出了空泡在三维空间演化的计算模型,并分析了同步并联入水过程空泡的三维演化特性.结果表明:回转体入水过程流场速度势可以看作由一个随回转体运动的点源和位于空泡轴线处的线源叠加产生;在并联入水过程中,双空泡演化在空间呈镜面对称,空泡间的相互扰动可以通过引入有势壁面进行分析;并联入水空泡半径随极角的变化与空泡截面所处深度有关,在靠近闭合点附近的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而逐渐减小,远离闭合点处的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而增大,空泡加权半径规律相反.

关键词：势流理论并联入水非对称入水空泡空泡演化模型

轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化影响试验研究

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振动与冲击 2020年第12期39卷 272-280页

作者：卢佳兴王聪魏英杰路丽睿宋武超檀世昱哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为分析圆柱体并联入水过程中入水空泡间相互干扰对于空泡演化特性影响规律,采用基于高速摄像的方法,开展两圆柱体同步并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了圆柱体同步并联入水空泡演化特性与单独入... 详细信息

为分析圆柱体并联入水过程中入水空泡间相互干扰对于空泡演化特性影响规律,采用基于高速摄像的方法,开展两圆柱体同步并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了圆柱体同步并联入水空泡演化特性与单独入水空泡演化特性的差异,揭示了同步并联入水双空泡演化机理,并进一步给出了入水空泡随轴线间距的变化特性。试验结果表明:并联入水过程中,双空泡形态在空间上呈现出了较好的镜面对称特征;对于深闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距的增大,空泡在两圆柱体轴线内侧区域的发展程度逐渐提升,且水深较浅处的发展程度提升幅度大于较深处;对于表面闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距增大,内测区域空泡逐渐趋于饱满,云化现象也逐渐减弱。

关键词：并联入水低速空泡演化轴线间距闭合

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侧方扰动下圆柱体异步并列入水试验

船舶工程 2020年第9期42卷 142-148页

作者：张鹤魏英杰王聪路丽睿樊继壮哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

为研究圆柱体低速并列入水时的空泡演化特性,基于高速摄像方法开展圆柱体单独入水和异步并列入水试验研究。通过对比得到侧方扰动下并列双空泡的演化规律,分析入水时差对不同闭合方式空泡演化的影响。试验结果表明:侧方扰动的主要表现... 详细信息

为研究圆柱体低速并列入水时的空泡演化特性,基于高速摄像方法开展圆柱体单独入水和异步并列入水试验研究。通过对比得到侧方扰动下并列双空泡的演化规律,分析入水时差对不同闭合方式空泡演化的影响。试验结果表明:侧方扰动的主要表现为次发圆柱体空泡对首发圆柱体空泡排挤,侧方扰动对首发圆柱体的影响远大于次发圆柱体,且在入水时差较小的情况下次发圆柱体会使首发圆柱体空泡的喷溅薄膜提前回卷;并列圆柱体入水时差的改变会对空泡闭合、空泡形态和回射流特征等产生较大的影响。

关键词：并列入水侧方扰动异步入水空泡演化入水时差

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凹形运动体三自由度入水运动特性数值研究

舰船科学技术 2018年第9期40卷 13-20页

作者：路丽睿魏英杰王聪王海洋宋武超哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215000

为研究凹形运动体三自由度入水过程运动特性,本文基于RANS方程和VOF多相流模型,结合重叠网格技术和动网格技术,对凹形运动体入水过程开展了数值仿真研究。通过数值计算结果与实验结果比较,验证了数值计算方法的有效性。基于该方法分析... 详细信息

为研究凹形运动体三自由度入水过程运动特性,本文基于RANS方程和VOF多相流模型,结合重叠网格技术和动网格技术,对凹形运动体入水过程开展了数值仿真研究。通过数值计算结果与实验结果比较,验证了数值计算方法的有效性。基于该方法分析了不同垂向速度和水平迁移速度对凹形运动体三自由度入水过程运动特性的影响规律。研究结果表明:凹形运动体入水后旋转运动受喷溅冲击影响较大;下落过程中质心运动轨迹存在回摆而呈现"Z"型特征;垂向速度的增加对质心回摆运动具有抑制作用,而水平迁移速度的增加对其具有促进作用。

关键词：凹形运动体入水数值计算运动特性