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碎冰对出水航行体载荷特性影响试验研究

力学学报 2024年

作者：付志强李志鹏孙龙泉胡承龙哈尔滨工程大学船舶工程学院复杂动力学与控制创新中心

极地环境下出水航行体在穿越冰层出水过程中会受到复杂的冲击载荷以及水动力载荷,严重威胁航行体的结构安全.本文针对航行体破冰出水过程中的流体流动与冲击载荷特性,基于约束模型出水试验系统,搭建了航行体出水破冰图像与载荷测量系统... 详细信息

极地环境下出水航行体在穿越冰层出水过程中会受到复杂的冲击载荷以及水动力载荷,严重威胁航行体的结构安全.本文针对航行体破冰出水过程中的流体流动与冲击载荷特性,基于约束模型出水试验系统,搭建了航行体出水破冰图像与载荷测量系统;发展了可破碎冻结模型冰制备技术,形成了航行体出水破冰综合试验系统,同时开展了航行体出水可重复性验证试验.随后利用可破碎冻结模型冰,开展了航行体穿越不同尺寸、不同覆盖率下的碎冰出水试验,获取了航行体出水穿冰过程中整体轴向受力以及头部压力时历曲线,观测了航行体出水过程中的流体流动、冰层受冲击后的动态行为.试验结果表明:碎冰覆盖条件下,航行体出水时与冰层相互作用,带来剧烈的冲击载荷.且冲击载荷与碎冰尺寸密切相关,大尺度碎冰受航行体冲击后会发生破碎.另一方面,与无碎冰覆盖条件下相比,碎冰覆盖条件下航行体出水时会造成更显著的喷溅现象.此外,不同碎冰覆盖率影响航行体与碎冰的撞击位置,基于此,本文还总结了航行体与碎冰作用的3种形式.研究结果揭示了航行体出水过程中的流固耦合过程与载荷形成机理,对航行体及相关结构物的出水破冰试验技术研究与结构设计具有一定的参考价值.

关键词：航行体出水碎冰尺寸覆盖率载荷特性撞击形式

计及筒盖与筒口气团的航行体出筒流场演化分析

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力学学报 2024年

作者：姚熊亮赵斌马贵辉曲昭宇张淼卢佳兴哈尔滨工程大学船舶工程学院复杂动力学与控制创新中心

筒口结构及流场环境是影响航行体出筒过程多相流场与载荷特性的重要因素，本文数值研究了计及筒内高温高压气体作用的航行体出筒过程，分析了不同初始条件、边界条件对航行体头部、尾部气团演化过程及筒内“水体倒灌”效应的影响及航行... 详细信息

筒口结构及流场环境是影响航行体出筒过程多相流场与载荷特性的重要因素，本文数值研究了计及筒内高温高压气体作用的航行体出筒过程，分析了不同初始条件、边界条件对航行体头部、尾部气团演化过程及筒内“水体倒灌”效应的影响及航行体、筒盖的载荷特性。结果表明：横向牵连速度条件下，航行体头部出筒伴随筒口气团的偏移、破碎、分离、汇集过程；尾出筒时高温高压气团与周围附体气团融合，并经膨胀、颈缩后产生回射流现象；随着尾空泡形成，筒口截面处气团发生二次拉断、射流偏移现象，筒内“水体倒灌”呈“螺旋”倒灌方式。横向牵连速度主导着筒口绕流流场特征，其降低50%时筒盖载荷峰值降低了58.27%；筒口气团初体积直接影响出筒航行体附体气团体积，筒口气团初始高度增加50%时筒盖载荷峰值降低了17.64%；筒盖形状决定着其绕流流场载荷特性，相比之下筒盖弯曲系数较小时，筒盖载荷峰值降低31.48%；而筒盖开盖角度是诱导气团二次拉断射流偏移的主要原因，开盖角度由60°降低到30°时，筒盖最大受载峰值降低72.03%。

关键词：跨介质航行体筒口气团筒盖结构出筒过程流体动力

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带椭球形气囊航行体落水-上浮过程仿真

兵工学报 2024年第1期45卷 206-218页

作者：包健马贵辉孙龙泉陈惟楚李明哈尔滨工程大学船舶工程学院复杂动力学与控制创新中心黑龙江哈尔滨150001 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241 北京宇航系统工程研究所北京100076

针对水下发射模型试验中的模型低速落水问题,提出一种带椭球形气囊的航行体落水回收方案,两个气囊等距分布在航行体两侧,航行体与气囊之间用连接带相连。数值仿真基于Abaqus的耦合欧拉-拉格朗日方法,通过对比AUV头段入水的试验结果和仿... 详细信息

针对水下发射模型试验中的模型低速落水问题,提出一种带椭球形气囊的航行体落水回收方案,两个气囊等距分布在航行体两侧,航行体与气囊之间用连接带相连。数值仿真基于Abaqus的耦合欧拉-拉格朗日方法,通过对比AUV头段入水的试验结果和仿真结果,验证数值方法的有效性。分析在不同姿态角和不同初始囊压的条件下,带气囊航行体低速落水后的运动过程、囊压变化以及连接带的受力情况。研究结果表明,航行体姿态角是影响落水-上浮过程的最重要因素,初始囊压次之;对于最大落水深度、囊压峰值、拉力峰值而言,趋于垂直落水的工况更加危险,最大落水深度为1.33倍航行体长度,最大囊压为3.7倍基准囊压,连接带最大拉力为2.2倍航行体重力。这些结论可为航行体落水回收的方案设计与结构参数设计提供参考依据。

关键词：航行体气囊落水冲击耦合欧拉-拉格朗日方法

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基于CFD-PID方法的仿生鱼自推进运动研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2024年第1期39卷 104-108页

作者：王鹏飞李若欣于凯哈尔滨工程大学青岛创新发展中心青岛266400 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150000

相较于传统的螺旋桨推进方式,水下仿生推进具有灵活、高效及对环境干扰小等优势。该文在求解不可压N-S方程和牛顿第二定律的基础上,嵌入PID控制算法,构建CFD-PID求解器,模拟主动控制下的仿生鱼自推进运动。通过PID算法动态调节仿生鱼摆... 详细信息

相较于传统的螺旋桨推进方式,水下仿生推进具有灵活、高效及对环境干扰小等优势。该文在求解不可压N-S方程和牛顿第二定律的基础上,嵌入PID控制算法,构建CFD-PID求解器,模拟主动控制下的仿生鱼自推进运动。通过PID算法动态调节仿生鱼摆幅,间接控制其速度,使仿生鱼可以达到任意特定的收敛速度。与常规方式自推进相比,PID控制自推进能更快地加速到预定速度,且在加速时期产生更大尺度的涡,最终的动态平衡状态则与常规方式自推进一致。

关键词：仿生鱼自推进 PID控制 BCF模式

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斜流条件下螺旋桨空泡特性的数值研究

上海交通大学学报 2024年

作者：于凯成晨时光宇刘登成王超哈尔滨工程大学青岛创新发展基地中国船舶科学研究中心哈尔滨工程大学船舶工程学院

为研究螺旋桨在斜流工况下的空泡特性并定量分析桨叶空泡面积，以PC456螺旋桨模型为研究对象，基于OpenFOAM平台，采用SST k-omega湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对PC456桨在斜流下的空泡性能进行了数值计算研究，计算了不同相位处桨... 详细信息

为研究螺旋桨在斜流工况下的空泡特性并定量分析桨叶空泡面积，以PC456螺旋桨模型为研究对象，基于OpenFOAM平台，采用SST k-omega湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对PC456桨在斜流下的空泡性能进行了数值计算研究，计算了不同相位处桨叶表面的空泡形态和空泡面积。研究发现斜流对螺旋桨空化水动力性能的影响随着斜流角的增大而增加。在[-90°，40°]相位范围内，桨叶的空泡面积在-20°相位处达到最大，且斜流角增大后，空泡面积的变化幅度也有所增加。此外，空泡面积的数值计算结果与实验值吻合较好，尤其在低空泡数工况下，证明了本文采用的数值计算方法的有效性。

关键词：螺旋桨空化斜流 OpenFOAM 空化模型

“3I”特色新工科人才多维创新实践平台的建设

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高等工程教育研究 2024年第2期 31-37页

作者：赵玉新许德新刘志林哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨工程大学船舶导航与控制国家级实验教学示范中心

在当前自动化向智能化时代发展的背景下,在新一代信息技术、新工业革命以及制造业与服务业融合发展的背景下,建设面向未来科技前沿的多学科交叉及融合平台、产教深度融合的创新实践平台成为了新工科人才培养的必然途径。遵循智能核心、... 详细信息

在当前自动化向智能化时代发展的背景下,在新一代信息技术、新工业革命以及制造业与服务业融合发展的背景下,建设面向未来科技前沿的多学科交叉及融合平台、产教深度融合的创新实践平台成为了新工科人才培养的必然途径。遵循智能核心、产教融合、学科交叉融合“一核两融”理念,凝练智能、融合、国际化“3I”特色,以“重塑学生科创体系、构建交叉实践平台、创新共享云平台、提升育人国际竞争力”为实施路径,建设产学研一体化的自动化领域新工科人才多维创新实践平台。

关键词：新工科自动化协同育人实践平台

低雷诺数下表面脊结构对低速叶栅损失及失速的影响研究

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航空动力学报 2024年

作者：李想迟志东王仕敏周政天杨光炜姜斌郑群哈尔滨工程大学动力与能源工程学院

为了拓宽叶栅在低雷诺数效应影响下有效攻角范围，实现叶栅扩稳、减损的目的，对某小折转角的扩压叶栅开展数值和试验研究。通过研究原型叶栅失速后的湍流主要特征，选择三种角度的表面脊微结构针对其加以控制，研究结果表明，扩散型表... 详细信息

为了拓宽叶栅在低雷诺数效应影响下有效攻角范围，实现叶栅扩稳、减损的目的，对某小折转角的扩压叶栅开展数值和试验研究。通过研究原型叶栅失速后的湍流主要特征，选择三种角度的表面脊微结构针对其加以控制，研究结果表明，扩散型表面脊是扩大叶栅有效攻角和减小损失的有效手段，特点是扩大正失速边界而不牺牲设计攻角损失，最大减损17.7%；无偏角脊结构可实现大攻角减损，其最大减损19.58%。总的来说，扩散型脊减损效果好于无偏角型，好于汇聚型。另外发现减损后尾迹宽度和损失峰值减小且尾迹扩散中心线推向压力面一侧偏移。

关键词：压气机叶栅表面脊微结构扩稳损失失速边界临界雷诺数

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海流对水下航行器运动及载荷影响研究综述

中国舰船研究 2024年第5期19卷 1-16页

作者：赵大刚张顺高适钟祥海哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地山东青岛266000

水下航行器不仅在民用领域扮演着重要角色，在军事领域内也同样得到了广泛应用，具有广阔的应用前景。但水下航行器在航行过程中易受海流环境的影响，使其水动力参数呈现不确定性，进而导致运动姿态控制困难，航行发生偏移，增大航行成... 详细信息

水下航行器不仅在民用领域扮演着重要角色，在军事领域内也同样得到了广泛应用，具有广阔的应用前景。但水下航行器在航行过程中易受海流环境的影响，使其水动力参数呈现不确定性，进而导致运动姿态控制困难，航行发生偏移，增大航行成本，甚至还会影响到水下作战任务的完成以及碰撞事故的发生，危及航行安全。在梳理不同水下航行器在海流作用下的水动力学研究现状的基础上，讨论水下航行器应对海流干扰的控制方法，并对海流作用下水下航行器的发展方向进行展望，为研究复杂海流对水下航行器水动力参数的影响机理和控制器的设计提供一定的参考。

关键词：水下航行器海流水动力性能水下对接操纵性控制算法

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跨介质航行器动力学前沿技术研究进展

水下无人系统学报 2024年第3期32卷 384-395页

作者：王聪许海雨马贵辉孙龙泉哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150006 复杂动力学与控制创新中心黑龙江哈尔滨150001

近年来跨介质装备受到船舶与海洋、航空航天以及兵器等领域的高度重视,与跨介质航行器相关的总体方案、关键技术、研究方法以及使用效能等成为研究热点。文章阐述了跨介质航行器动力学相关研究背景,综述了航行器入水砰击、出入水流固耦... 详细信息

近年来跨介质装备受到船舶与海洋、航空航天以及兵器等领域的高度重视,与跨介质航行器相关的总体方案、关键技术、研究方法以及使用效能等成为研究热点。文章阐述了跨介质航行器动力学相关研究背景,综述了航行器入水砰击、出入水流固耦合、跨介质仿生、跨介质动力与推进、新质跨介质装备、跨介质动力学试验与仿真技术等方面的最新研究成果和研究进展,并展望了跨介质航行器发展需要解决的若干前沿关键技术,以期为促进海空界面动力学与无人系统研究提供借鉴。

关键词：跨介质航行器动力学海空界面无人系统