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回转体头部通气入水流场演化与载荷特性数值预报研究

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爆炸与冲击 2022年第5期42卷 50-60页

作者：王世晟鲍文春韩敬永孙铁志张桂勇大连理工大学船舶工程学院工业装备与结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

为探究周向通气对回转体入水表面载荷的影响,基于VOF(volume of fluid)模型和Realizable k-ε两层湍流模型,开展了周向通气回转体低速入水流场演化数值预报和表面载荷特性分析。通过将数值预报的空泡形态与试验结果相对比,验证了所采用... 详细信息

为探究周向通气对回转体入水表面载荷的影响,基于VOF(volume of fluid)模型和Realizable k-ε两层湍流模型,开展了周向通气回转体低速入水流场演化数值预报和表面载荷特性分析。通过将数值预报的空泡形态与试验结果相对比,验证了所采用的数值方法的有效性,并分析了不同通气率对空泡形态、流场特性和表面载荷特性的影响。结果表明,通气会改变回转体入水空泡演化过程以及侧壁表面压力,在通气作用下空泡第一次脱落时间延缓,并且通气气体流向空化器后方负压区,改善了空化器后方的负压情况;其次,通气气体在通气口附近形成了明显的涡结构,之后与壁面处由空化器形成的涡融合,增强了空泡中部的涡流强度;最后,通气率越大,空泡闭合时间越晚,空泡体积越大,尾部空泡越不容易发生脱落,同时通气会减缓回转体表面的压力波动,通气率越大压力波动越小。综合分析可以认为,侧向通气对于回转体低速入水流场及表面载荷特性有一定的改善作用。

关键词：回转体头部通气入水流场演化表面载荷

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回转体并联入水过程空泡及运动特性数值模拟

哈尔滨工业大学学报 2021年第12期53卷 23-32页

作者：余德磊王聪何超杰哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回... 详细信息

为研究初始参数对回转体并联入水空泡及运动特性影响,基于有限体积法,采用realizable k-ε湍流模型、VOF(volume of fluid)多相流模型和Schnerr and Sauer空化模型,并引入重叠网格技术,对不同入水速度、不同初始净距和不同横流速度的回转体并联入水过程进行数值模拟。首先,建立了回转体高速并联入水的数值计算模型,验证了计算方法的有效性。然后,基于此模型开展不同初始参数的并联入水数值计算,得到不同参数下的流场及运动特征。最后,结合计算结果分析了不同参数下并联运动体的空泡形态及特征尺寸变化、侧向与偏航运动规律。研究结果表明,随着入水初速度增大,内侧空化现象越剧烈,同一量纲一的时刻空泡的外侧极径和限制长度增大,回转体量纲一的侧向位移和偏航角越大。随着初始净距减小,同一量纲一的时刻空泡的限制长度越小,回转体的量纲一的侧向位移和偏航角先增大后减小。小横流作用下,迎流与背流回转体的外侧空泡径向尺寸与单体基本相同,而长度略大,随着横流速度增大,并联入水状态的空泡尺寸差异同单体相比增大;内侧空泡的径向尺寸差异较大,其中迎流回转体的内侧空泡极径较大,且随着横流速度增大极径的最大值始终维持在d+D/2左右。横流速度较小时,并联入水回转体头部靠近而尾部远离;横流速度较大时,两回转体头部远离而尾部靠近。

关键词：回转体并联入水空泡形态运动特性数值计算

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回转体并联入水运动状态预测

哈尔滨工业大学学报 2021年第6期53卷 21-26页

作者：王聪何超杰余德磊哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为研究运动体并联入水过程中的运动特性,预测运动体之间的相对运动趋势,结合数值模拟的结果,推导了运动体侧向和偏航运动预测公式,并且提出了避免失稳的策略.首先,验证了数值计算方法的有效性;然后,根据数值计算结果对急动度提出限制性... 详细信息

为研究运动体并联入水过程中的运动特性,预测运动体之间的相对运动趋势,结合数值模拟的结果,推导了运动体侧向和偏航运动预测公式,并且提出了避免失稳的策略.首先,验证了数值计算方法的有效性;然后,根据数值计算结果对急动度提出限制性假设,从而得到回转体并联入水侧向位移和偏航角的预测公式.其次,通过预测公式研究了初始空化数和初始净距对侧向和偏航运动特性的影响机理;最后,基于运动状态因数的概念研究了碰撞和过度远离的运动状态,并且提出了避免回转体运动失稳的策略.研究结果表明:预测公式与数值计算结果符合良好;初始空化数较低时头部压力对侧向和偏航运动具有促进作用,且初始空化数越小,则侧向名义急动度和偏航角名义急动度越大,表明侧向和偏航运动所受促进作用越强;而初始净距较小时,内侧压力对侧向和偏航运动具有抑制作用,且初始净距越小,则侧向修正因子和偏航角修正因子越大,表明侧向和偏航运动所受抑制作用越强;初始条件和回转体外形共同决定了并联入水过程中回转体的运动状态;应将入水初速度和初始净距控制在合理的范围内以避免运动失稳.

关键词：回转体并联入水空泡形态运动特性数值计算

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回转体形貌测量中的相机自标定

光学精密工程 2011年第8期19卷 1957-1963页

作者：李雅倩林洪彬燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

为实现回转体形貌测量系统的相机自标定,研究了回转体对象的透视投影特性,提出了一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先,利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性,从测得图像提取场景中的截面椭圆... 详细信息

为实现回转体形貌测量系统的相机自标定,研究了回转体对象的透视投影特性,提出了一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先,利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性,从测得图像提取场景中的截面椭圆,利用正交于回转轴的截面椭圆求取圆环点的像,并结合极线约束建立绝对二次曲线像的全约束方程;然后,通过对求取的绝对二次曲线矩阵进行Cholesky分解获得相机的内参数。其次,在求得的内参数矩阵的基础上,通过回转轴和截面图像的成像特点建立测量系统外参数方程,求解测量系统外部参数。实验结果表明,利用本文方法进行相机内参数标定的精度优于0.95%,外参数标定精度优于5.6%。该方法只需利用被测对象自身几何约束,不需任何标定板和标定块,标定过程简单有效,能够满足工程实际需要。

关键词：形貌测量回转体标定圆环点极线约束

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回转体倾斜入水空泡及弹道特性实验

北京航空航天大学学报 2016年第11期42卷 2386-2394页

作者：宋武超王聪魏英杰许昊哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对回转体低速倾斜入水过程空泡的生成机理和演化特性开展研究。通过不同入水速度和入水角度回转体倾斜入水对比实验,研究了入水速度和入水角度对入水空泡、回转体速度、俯仰角及阻力系数的影响规律。研究结果表明:空泡深闭合时刻的空... 详细信息

针对回转体低速倾斜入水过程空泡的生成机理和演化特性开展研究。通过不同入水速度和入水角度回转体倾斜入水对比实验,研究了入水速度和入水角度对入水空泡、回转体速度、俯仰角及阻力系数的影响规律。研究结果表明:空泡深闭合时刻的空泡长度、最大空泡直径和空泡闭合点深度随着回转体入水速度的增加而增大;空泡深闭合发生时间随着入水速度的增加而小幅增大;同一入水时刻回转体俯仰角和俯仰角速度均随入水速度的增加而减小;随着回转体入水角度的增加,同一时刻入水空泡直径和回转体速度逐渐减小,阻力系数逐渐增大。

关键词：回转体运动参数倾斜入水入水空泡实验研究

回转体表面不同间隔脊状结构的减阻数值仿真研究

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空气动力学学报 2010年第3期28卷 267-271,290页

作者：潘光黄桥高胡海豹刘占一西北工业大学航海学院陕西西安710072

将脊状表面减阻技术应用于水下回转体,对回转体表面不同间隔的脊状结构在多个速度下进行了数值仿真计算,发现了间隔对回转体脊状表面减阻效果的影响规律。针对回转体脊状表面的流场特性,在进行数值仿真时合理选择了计算模型、计算流域... 详细信息

将脊状表面减阻技术应用于水下回转体,对回转体表面不同间隔的脊状结构在多个速度下进行了数值仿真计算,发现了间隔对回转体脊状表面减阻效果的影响规律。针对回转体脊状表面的流场特性,在进行数值仿真时合理选择了计算模型、计算流域、计算网格及边界条件。仿真结果表明:在同一速度下,相对光滑表面而言,回转体脊状表面所受的压差阻力略有增大,但占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果;当间隔等于脊状结构特征尺寸的3倍时,减阻效果最佳;对于同一个回转体脊状表面,低速下的减阻效果明显优于高速。

关键词：脊状表面数值仿真回转体减阻效果减阻机理

回转体齐射出水过程空泡演化规律与弹道特性实验研究

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兵工学报 2019年第6期40卷 1226-1234页

作者：卢佳兴王聪魏英杰许昊宋武超哈尔滨工业大学航天学院

为研究齐射出水过程中回转体间的相互干扰,基于高速摄像技术对小型回转体齐射出水过程开展实验研究。利用图像处理技术对采集图像序列中的回转体和空泡轮廓进行识别提取,并通过对比单发回转体和双发回转体在有无艇速下的弹道特性,分析... 详细信息

为研究齐射出水过程中回转体间的相互干扰,基于高速摄像技术对小型回转体齐射出水过程开展实验研究。利用图像处理技术对采集图像序列中的回转体和空泡轮廓进行识别提取,并通过对比单发回转体和双发回转体在有无艇速下的弹道特性,分析齐射过程回转体间的流体动力干扰和艇速对其影响。实验结果表明:在回转体无艇速2发齐射出水过程中,首发回转体形成的低压区使次发回转体的内侧空泡发展较大,次发回转体的运动轨迹发生向首发回转体方向偏转;当存在艇速时,回转体空泡演化规律和弹道特性发生改变,在迎流侧高压和水流冲刷作用下,空泡均向背流侧发展较大,首发回转体发生沿流向偏转,次发回转体处于首发回转体的尾流场中,其姿态和轨迹仍存在向首发回转体方向偏转,但由于艇速作用使偏转幅度相对较小。

关键词：回转体水下齐射空泡演化多相流弹道特性

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回转体高速倾斜入水的流场特性及结构响应

爆炸与冲击 2020年第12期40卷 98-110页

作者：高英杰孙铁志张桂勇尤天庆殷志宏宗智大连理工大学船舶工程学院辽宁省深海浮动结构工程实验室辽宁大连116024 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 北京宇航系统工程研究所北京100076

回转体高速入水过程涉及液体和固体的耦合作用,是一个复杂的非线性、非定常过程。为研究回转体高速入水的结构动响应及流场演变规律,本文中基于STAR-CCM+和ABAQUS平台,建立了回转体高速入水的双向流固耦合数值模型,开展了不同入水速度... 详细信息

回转体高速入水过程涉及液体和固体的耦合作用,是一个复杂的非线性、非定常过程。为研究回转体高速入水的结构动响应及流场演变规律,本文中基于STAR-CCM+和ABAQUS平台,建立了回转体高速入水的双向流固耦合数值模型,开展了不同入水速度的回转体高速倾斜入水流固耦合数值计算。结果表明:数值计算的入水速度、位移曲线和空泡形态与实验结果良好吻合,验证了流固耦合方法的有效性;回转体倾斜高速入水的载荷先集中在触水部分边缘处,后集中于回转体底部中心处;流固耦合方法的入水冲击载荷峰值小于刚体的,弹性回转体的载荷曲线产生明显波动;撞水阶段,回转体空泡呈现不对称形态,随着入水加深,空泡不对称性变弱;入水速度60 m/s下,空泡发生表面闭合,回转体入水初速度越快,空泡表面闭合越晚;冲击载荷与入水速度有关,入水速度越大,峰值出现越早,震荡越明显,速度超过100 m/s时,回转体产生塑性形变。

关键词：回转体高速入水流固耦合流场载荷

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回转体微气泡减阻影响因素理论研究

哈尔滨工程大学学报 2010年第11期31卷 1443-1449页

作者：郭峰董文才毕毅海军92854部队监修室海军装备研究院舰船论证研究所海军工程大学船舶与动力学院

为了研究影响回转体微气泡减阻率大小的因素,运用Fluent 6.3软件对某回转体微气泡减阻模型进行了数值计算,分析了喷气速度与来流速度的比值、喷气角度、气泡尺度及空隙率分布等因素对减阻率的影响程度和规律,初步揭示了微气泡减阻的机理... 详细信息

为了研究影响回转体微气泡减阻率大小的因素,运用Fluent 6.3软件对某回转体微气泡减阻模型进行了数值计算,分析了喷气速度与来流速度的比值、喷气角度、气泡尺度及空隙率分布等因素对减阻率的影响程度和规律,初步揭示了微气泡减阻的机理,研究了饱和喷气量的形成原因.结果表明,微气泡可使回转体局部摩擦阻力减少80%,总阻力减少约30%;微气泡减阻率的高低主要由喷气速度与来流速度之比、近壁面处空隙率的大小及分布所决定,而与喷气角度以及一定范围内的气泡尺度关系不大;喷气流量增大,摩擦阻力下降,粘压阻力增加,当摩擦阻力减少量与粘压阻力增加量相当时,达到饱和气量.在喷气流量未达到饱和值时,总阻力随气流量的增大而减少.

关键词：回转体微气泡空隙率减阻