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高速水洞中超空泡稳定性与通气率定量试验研究

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船舶力学 2024年第4期28卷 479-484页

作者：李鹏陈炜烨王志张珂颜开中国船舶科学研究中心水动力学全国重点实验室江苏无锡214082

超空泡航行体通气规律对空泡形态控制具有重要意义。本文描述了在高速水洞中建立水下航行体通气率对超空泡形态及稳定性影响的一种试验研究方法。基于不同空化器和模型攻角条件下的空泡形态及通气率测量试验结果,总结得到无量纲通气率... 详细信息

超空泡航行体通气规律对空泡形态控制具有重要意义。本文描述了在高速水洞中建立水下航行体通气率对超空泡形态及稳定性影响的一种试验研究方法。基于不同空化器和模型攻角条件下的空泡形态及通气率测量试验结果,总结得到无量纲通气率计算的经验表达式。通过对有、无尾翼条件下的通气率试验进行比较,初步获得尾翼对超空泡泄气的影响规律。研究结果表明,通气率需要保持在一定范围内方可获得形状稳定、边界清晰的通气超空泡。依据试验结果给出了超空泡稳定性的判别方法。

关键词：通气超空泡圆盘空化器通气率水洞试验

直航状态下JBC船尾伴流场的风洞SPIV试验研究

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中国造船 2024年第1期65卷 1-15页

作者：郑文涛李子焱陈默张璇中国船舶科学研究中心无锡214082 水动力学全国重点实验室无锡214082

针对JBC(JapanBulkCarrier)基准船型,在风洞中采用重叠模型进行船尾螺旋桨盘面附近伴流场的体视粒子图像测速(SPIV)试验研究,获得模型尾部典型截面的三维速度场,测试得到的船尾桨毂附近的流场中存在明显的速度亏损,形成一对内旋的倒钩... 详细信息

针对JBC(JapanBulkCarrier)基准船型,在风洞中采用重叠模型进行船尾螺旋桨盘面附近伴流场的体视粒子图像测速(SPIV)试验研究,获得模型尾部典型截面的三维速度场,测试得到的船尾桨毂附近的流场中存在明显的速度亏损,形成一对内旋的倒钩状漩涡。SPIV测试得到的JBC船尾伴流场与国外研究机构的测量结果吻合较好,丰富了该基准船型的试验数据,可用于船舶阻力和推进性能的优化。

关键词：水面船伴流场 SPIV JBC

基于多目标优化的跨介质航行体水面滑跳初始运动参数设计

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兵工学报 2024年第2期45卷 541-551页

作者：孙士明郁伟王晓辉李振旺刘彩连中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室江苏无锡214082

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,开展了初始运动参数对带滑板跨介质航行体近水面滑跳过程的影响规律研究。采用参数回归方法分别建立最大浸深、最大过载和俯仰角变化3个变量随航行体初始速度、入水角、滑板倾角变化的关系式,得到了跨介质航... 详细信息

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,开展了初始运动参数对带滑板跨介质航行体近水面滑跳过程的影响规律研究。采用参数回归方法分别建立最大浸深、最大过载和俯仰角变化3个变量随航行体初始速度、入水角、滑板倾角变化的关系式,得到了跨介质航行体稳定滑跳的参数包络,在入水角2°~5°、滑板倾角10°~25°、速度60~80 m/s范围之间,且在范围内各参数之间会相互制约。在此基础上,基于多目标优化算法获得了最适宜航行体稳定滑跳的初始参数为入水速度60.1 m/s、滑板倾角18.8°、入水角2°,在此参数范围内,跨介质航行体的水面滑跳过程可以在不超过航行体过载要求的条件下获得相对最小的入水浸深和俯仰角变化。

关键词：跨介质水面滑跳多目标优化耦合欧拉-拉格朗日方法

基于横摇衰减数据的横摇阻尼估算方法对比研究

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船舶力学 2024年第3期28卷 328-340页

作者：章东王文涛卜淑霞刘伟中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 水动力学重点实验室江苏无锡214082

基于自由横摇衰减曲线估算船舶横摇阻尼是一种常用工程手段,由于衰减曲线估算阻尼的方法众多,导致阻尼估算结果存在差异。为实现获取高精度阻尼预报方法的目的,本文首先对近年来出现的基于衰减曲线估算横摇阻尼的方法原理进行详细分析,... 详细信息

基于自由横摇衰减曲线估算船舶横摇阻尼是一种常用工程手段,由于衰减曲线估算阻尼的方法众多,导致阻尼估算结果存在差异。为实现获取高精度阻尼预报方法的目的,本文首先对近年来出现的基于衰减曲线估算横摇阻尼的方法原理进行详细分析,扩展其适用范围,按照原理将方法分为基于分段线性假设与基于参数识别两类。其次利用标准模型(DTC)的横摇数据,验证并比较不同方法的特点,分析阻尼系数估算的误差来源。结果表明,横摇阻尼估算精度与使用的方法强相关,推荐物理意义明确、误差来源少、对测量噪声与误差不敏感的Froude能量法作为初步阻尼评估方法,若能找到足够精确的阻尼模型,则可进一步使用具有内在的噪声抑制机制、不需要预估阻尼系数初值、存在唯一解的Prony-SS方法以提高识别精度。

关键词：横摇阻尼估算横摇衰减曲线消灭曲线法阻尼模型

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超空泡射弹尾拍弹道稳定性的数值研究

船舶力学 2024年第9期28卷 1297-1306页

作者：王晓辉苏亮王志中国船舶科学研究中心水动力学国家重点实验室江苏无锡214082

针对超空泡射弹在水下航行过程中的运动稳定性问题,本文基于耦合欧拉—拉格朗日(CEL)方法,在对射弹尾拍航行的数值模拟、尾拍水动力载荷特性分析的基础上,对射弹的尾拍稳定机制进行研究,通过尾拍初始攻角、尾拍最大攻角、失稳临界攻角... 详细信息

针对超空泡射弹在水下航行过程中的运动稳定性问题,本文基于耦合欧拉—拉格朗日(CEL)方法,在对射弹尾拍航行的数值模拟、尾拍水动力载荷特性分析的基础上,对射弹的尾拍稳定机制进行研究,通过尾拍初始攻角、尾拍最大攻角、失稳临界攻角对射弹尾拍过程进行表征,并揭示超空泡航行稳定性与攻角的关系。而后,对本文锥台形式的射弹的航行稳定性进行评估,通过对其尾拍航行过程中压心位置变化的典型过程、射弹的静稳定度的分析表明,此超空泡射弹总体符合常规无控弹箭的12%~20%静稳定度要求。最后,本文得到超空泡射弹的外形设计需满足的空泡空间约束、尾拍航行稳定性约束以及静稳定度约束原则,进而从尾拍位置、尾拍范围的控制角度,对往复大扰动射弹的外形设计提出建议。

关键词：射弹超空泡弹道稳定性尾拍静稳定度

水下航行体近场UUV斜航状态水动力性能研究

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中国造船 2024年第4期 273-280页

作者：任梦晨姚惠之赵桥生李德军李永成中国船舶科学研究中心水动力学全国重点实验室

UUV在水下航行体近场运动时，其在斜航状态下的水动力特性对UUV操纵性能的研究有重要意义。论文以全附体SUBOFF和UUV模型为研究对象，基于STAR-CCM+软件中的RANS求解器，开展了UUV在SUBOFF模型近场区域内水平斜航状态下的水动力数值预... 详细信息

UUV在水下航行体近场运动时，其在斜航状态下的水动力特性对UUV操纵性能的研究有重要意义。论文以全附体SUBOFF和UUV模型为研究对象，基于STAR-CCM+软件中的RANS求解器，开展了UUV在SUBOFF模型近场区域内水平斜航状态下的水动力数值预报研究。分析了不同位置处UUV侧向力和偏航力矩随漂角的变化规律，采用最小二乘法进行回归分析得到了不同位置处UUV的各项水动力系数，利用interpolant拟合函数进行插值进而得到了计算区域内UUV各项水动力系数的分布云图。研究结果表明，随着UUV靠近水下航行体首部和壁面，其水动力系数的变化主要来自于非线性项。

关键词：水下航行体 UUV CFD方法斜航水动力特性

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基于领航跟随的2型AUV编队航行仿真对比

舰船科学技术 2024年第11期46卷 98-102页

作者：郑鹏张华张超徐令令顾媛媛中国船舶科学研究中心水动力学全国重点实验室江苏无锡214082

基于领航跟随的编队控制方法简洁实用,但其在不同自主式水下航行器(Autonomous Undenuater Vehicle,AUV)平台上的控制效果缺乏对比。本文针对500 kg的“海翔500”AUV与5000 kg的“NPS”AUV开展AUV编队航行仿真,对比分析了基于领航跟随... 详细信息

基于领航跟随的编队控制方法简洁实用,但其在不同自主式水下航行器(Autonomous Undenuater Vehicle,AUV)平台上的控制效果缺乏对比。本文针对500 kg的“海翔500”AUV与5000 kg的“NPS”AUV开展AUV编队航行仿真,对比分析了基于领航跟随编队控制方法下的2型AUV的队形距离偏差、队形角度偏差。500 kg的“海翔500”AUV与5000 kg的“NPS”AUV在路径跟随上的航行能力接近,航行稳定后偏离设定路径的法向距离小于1 m。基于领航跟随的编队控制方法对2型AUV的编队均有较好的控制效果,在稳定直航段跟随者与领航者的距离偏差保持在7~8 m,角度偏差保持在3°~5°。但在切换点处由于队形相对位置的约束,对编队内外侧AUV的加减速性能有一定要求,“NPS”AUV在直角拐弯处的距离偏差较“海翔500”AUV增大50%左右。

关键词： AUV编队控制队形距离偏差队形角度偏差

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速度对射弹垂直破冰入水空泡流动特性的影响

兵工学报 2024年

作者：黄振贵王浩蔡晓伟刘想炎陈志华秦健郝戌龙南京理工大学瞬态物理全国重点实验室中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室

探究冰层对高速射弹入水过程的影响机理对发展适用于冰区海域的先进跨介质武器具有重要指导意义。基于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange， CEL)算法对圆柱射弹以不同初速度垂直高速破冰入水过程进行研究。研究结果表明：射弹... 详细信息

探究冰层对高速射弹入水过程的影响机理对发展适用于冰区海域的先进跨介质武器具有重要指导意义。基于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange， CEL)算法对圆柱射弹以不同初速度垂直高速破冰入水过程进行研究。研究结果表明：射弹初速度较低时(50 m/s)，撞击所形成的冰孔尺寸较小，严重阻碍了外界气体涌入，空泡扩张发展受阻，导致提前发生颈缩，且不再出现无冰时的表面闭合现象，空泡更快发生深闭合；速度较高时(≥100 m/s)，撞击所形成的冰孔尺寸较大，外界空气能够持续涌入，延迟空泡闭合，冰层与无冰的空泡尺度差异随初速增加而减小；随着入水速度增加，碎冰对气流干扰程度加剧，增强了空泡内部流场的非线性和湍流特性；射弹在无冰环境入水受力峰值为同速度下破冰入水(冰厚为二分之一射弹直径)的70%。当速度达到150 m/s时，破冰入水过程中的弹体头部会发生微弱塑性应变，在设计新型冰区跨介质武器时，应着重提高射弹头部结构强度。

关键词：高速入水空泡演化结构响应冰层裂纹扩展

吹吸射流装置对水下航行体操纵性能影响数值模拟研究

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中国造船 2024年第4期 113-124页

作者：李永成李迎华潘子英张楠张明辉张璇中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室深海技术科学太湖实验室

为进一步提升水下航行体操纵性能，在传统水下航行体操纵面上引入吹吸射流装置。采用正交设计方法对射流的流量、吸流口位置和吹流口位置进行优化设计，获得最佳参数组合。用RANS求解器评估安装了吹吸射流装置的水下航行体的水动力性能... 详细信息

为进一步提升水下航行体操纵性能，在传统水下航行体操纵面上引入吹吸射流装置。采用正交设计方法对射流的流量、吸流口位置和吹流口位置进行优化设计，获得最佳参数组合。用RANS求解器评估安装了吹吸射流装置的水下航行体的水动力性能，并将其与传统水下航行体相比，验证了该装置在提升操纵性能方面的作用。在典型工况下通过舵剖面涡流场结构、流线和压力分布云图对吹吸射流的水动力机理进行了深入分析，研究成果可为吹吸射流装置在水下航行体的工程应用提供理论依据。

关键词：水下航行体吹吸射流装置操纵性能数值模拟