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[硕士论文] 黄小腾
一般力学与力学基础 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:超空泡武器受到了世界各国的广泛重视,随着对超空泡武器研究的不断深入,超空泡武器的机动性能逐渐成为了超空泡武器研究的热点之一,目前德国“梭鱼”反鱼雷鱼雷是已知的唯一能够很好实现机动性能的超空泡武器。本文围绕超空泡航行体的机动问题,采用商业软件FLUENT嵌入自编程序的方法,对锥形空化器航行体的流体动力特性进行数值模拟,主要研究工作如下:
  (1)基于均质平衡多相流理论,采用RNGk-ε湍流模型和Mixture空化模型,对不同空化数条件下的零攻角三维锥形空化器的定常流体动力特性进行了数值模拟,得到了不同锥角空化器的空泡形态和阻力特性,并将数值结果与经验公式进行了对比,验证了数值计算方法的有效性。
  (2)采用动网格技术,开展了三维锥形空化器在变攻角条件下的非定常流体动力特性的数值模拟,得到了空化器流体动力特性和空泡形态随空化器攻角的变化规律。
  (3)采用动网格技术,分别开展了空化器和航行体在水平面内和纵向平面内偏转条件下,锥形空化器航行体流体动力特性的数值模拟,得到了航行体阻力、侧向力与力矩,以及俯仰力与力矩的变化规律,并分析了尾部扩张裙结构对航行体流体动力特性的影响。
[博士论文] 刘明
工程力学 哈尔滨工程大学 2012(学位年度)
摘要:由于超空泡航行体结构一般为细长体,并且航行体在高速运动时所受的轴向力和尾部冲击力非常大,因此航行体结构在这些载荷的作用下极易受到破坏。长期以来人们对超空泡航行体结构的振动特性进行了大量的理论分析和试验研究,取得了一些重要的研究成果。然而,这些研究大多都忽略了结构的物理和几何参数的随机性的影响。但在实际的操作过程中,由于材料特性的随机性,以及航行体结构在制造、安装过程中可能会受到各种各样随机因素的影响,这些因素都会对结构动力特性产生一定的影响。因此,研究具有随机参数的超空泡航行体结构的动力稳定性,以及航行体结构的动力可靠性是很有意义的,本文的主要内容如下:
  1、建立了超空泡航行体稳定滑行和局部空泡运动状态时的平衡方程,得到了空化器和尾部受力的平衡关系式,通过迭代得到了航行体角度的平衡值。最后比较了超空泡的两种基本形态模型,分析了不同参数条件下两种空泡模型的变化规律。针对超空泡航行体入水时的水动力特征,给出了超空泡航行体入水时不稳定空泡形状的表达式。
  2、针对超空泡射弹水下高速航行时前端空化器受纵向随机载荷作用时的动力稳定性问题,建立超空泡射弹结构的运动偏微分方程。根据 Bolotin方法,给出了超空泡射弹的动力不稳定性区域。
  3、当考虑超空泡射弹结构在加工、安装过程中存在的误差等不确定性因素,利用随机因子法求出随机参数超空泡射弹结构的动力不稳定区域边界。应用代数综合法,得到了含随机参数的超空泡射弹动力不稳定区域边界的数字特征(均值和方差)。并分析了参数的随机性对射弹结构动力不稳定性的影响。数值计算表明,参数的随机性对超空泡射弹动力不稳定性有一定的影响,本文的方法可为随机参数超空泡射弹的设计提供参考。
  4、对于具有随机参数的超空泡鱼雷结构在随机激励下的动力可靠性问题,使用八节点超参数壳单元对超空泡鱼雷建模。将超空泡鱼雷尾部受到的冲击载荷及滑行力,简化成两个存在某一相位差的平稳随机过程,并考虑冲击力与滑行阻力之间的相关性,利用虚拟激励法将超空泡鱼雷所受的随机过程载荷精确地转化成确定性简谐载荷问题。
  5、应用Newmark法结合虚拟激励摄动法计算出随机结构的随机应力响应,进而求出随机参数超空泡鱼雷结构动力可靠性所需的全部数字特征。由首次超越破坏准则,得到了随机参数超空泡鱼雷结构动力可靠度的均值和方差,解决了具有随机参数的超空泡鱼雷结构的动力可靠性问题。
  
[硕士论文] 刘杰
一般力学与力学基础 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:水下航行体的出水过程可以是垂直于水面,也可以相对于水平面倾斜一定角度。航行体运动过程的空化现象包括自然空泡的产生,发展和溃灭。空泡溃灭伴随强大的空泡溃灭冲击波,有可能对航行体结构造成破坏。对航行体水下运动过程进行主动通气可以改善流体动力和航行体受力情况,但是通气率的给定也是一个非常复杂的技术难题。因此,针对这些问题本文主要开展了以下工作:
  (1)针对航行体垂直出水过程,只考虑自然空化,分析了不同航行速度对航行体流体动力以及空泡形态的影响。在此基础上分析了自然空化下航行体不同角度斜出水流体动力特性;
  (2)对航行体出水过程考虑自然空化的同时进行人工主动通气,针对同一通气率下不同航行速度对航行体流体动力及空泡形态影响进行分析;
  (3)对自然空化下航行体出水过程通气与不通气航行体表面压力随空泡变化进行跟踪对比,得到了通气与不通气的航行体表面压力随空泡变化规律;
  (4)分析了人工通气相对于自然空化优势以后,对通气率时序变化对航行体空泡形态和流体动力进行了分析研究,得到了给气方式的最佳方案;
  本文的创新点主要体现在:(1)对三维物理模型进行了全过程模拟,并对三维航行体出水进行主动通气;(2)在航行体垂直出水基础上研究了航行体倾斜出水的流体动力以及空泡形态;(3)在模拟了不同通气率对航行体出水过程影响基础上对通气率随时间变化即通气时序进行了仿真,得到了通气时序的最佳方式。
[博士论文] 郭子涛
固体力学 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:自身不带动力且发射后在水中产生自然超空泡并利用本身动能或自带炸药摧毁目标的武器为超空泡射弹,作为20世纪末出现的一种新型水下防御型武器,其技术基础源于超空泡减阻原理。超空泡射弹从发射到侵彻水中目标,需要经历撞水、侵水、流场流动等阶段以及会出现空泡形成扩展溃散等诸多短暂、变化激烈而又复杂的物理现象,而这些现象又会对弹体在水下运动时的弹道稳定及侵彻靶体能力等有着重要的影响,研究各个过程中的这些物理问题对于研制开发水中兵器有至关重要的军事意义;同时随着现代海上威胁活动的日趋频繁,各国对海洋平台、水上舰船及水下潜艇等结构的抗侵彻能力的研究需求日益迫切,但相对为数众多的空气中的穿甲研究,弹体侵彻水介质环境下的金属靶的研究资料无论在数量上和深度上都相当少见。本文通过实验、理论分析以及数值模拟相结合的技术方法对高速射弹入水并侵彻水中靶行为进行了研究,并开展了以下具体研究工作:
  对几种典型弹体高速入水进行了实验和数值仿真研究,以增进对高速射弹入水行为的理解,分析了弹头形状对弹体的水弹道稳定性以及速度衰减规律的影响,确立了弹体阻力系数、弹体头型以及撞击速度之间的关系,提出了一种简化的弹体头型阻力系数估算公式。
  建立了高速射弹水平入水时空泡扩展的力学模型,通过理论分析并结合实验结果发现了弹体入水过程中超空泡扩展的机理以及相关参数随弹体侵彻位移的两个变化规律,揭示了射弹入水时的弹体稳定性机理,建立了描述弹体水平入水过程空泡扩展的理论公式,能有效的描述空泡内部先于撞水表面发生闭合的入水的情形。
  开展了不同弹体对空气中不同结构靶板的斜穿甲实验,获得了靶板的抗侵彻性能及损伤形式随弹体撞击角度的变化规律,同时研究获取了不同弹体斜撞击靶板时的弹道角度偏转规律,提出弹体角度偏转的半经验理论公式。
  通过万能材料试验机对靶板材料A3钢进行了常温至900 ℃高温的准静态拉伸力学性能实验,并利用SHPB及 SHTB装置对其在常温下的动态压缩性能和动态拉伸性能进行了研究,提出了修正形式的Johnson-cook本构关系以及失效准则,并利用Taylor撞击实验及相应的数值仿真对材料本构和失效参数进行了验证。利用获得的靶板材料的本构关系和失效准则对斜穿甲进行了数值仿真研究,并利用数值仿真结果确立了弹体在斜撞击时角度偏转与弹体撞击角度之间的关系。仿真结果证实,采用的靶板材料的本构和失效模型能有效描述靶板在弹体斜撞击下的靶板弹道极限变化规律及大变形损伤特征。
  通过弹体对涉水靶的侵彻实验和数值仿真并与空气靶的穿甲结果进行对比,分析了水介质与靶板的相对位置对靶板防护性能以及损伤特性的影响,同时通过进行水下单层和双层靶的斜侵彻实验得到了水效应对靶板防护性能的影响随撞击角度的变化趋势。
  本文获得的研究成果可以为超空泡射弹的设计以及其对水中靶板的侵彻行为特性的理解提供必要的实验和理论基础,具有重要的理论意义与实用价值。
[硕士论文] 肖文勇
船舶与海洋结构物设计制造 华中科技大学 2004(学位年度)
摘要:在导师的悉心指导下,本文的研究工作围绕着中船重工集团705研究所委托的"小型鱼雷引信触发动态特性仿真研究"项目展开,应用有限元软件,建立了简化的力学模型,对圆柱壳的动态行为进行仿真,得到了一些有意义的结论.首先回顾了圆柱壳在轴向冲击载荷作用下的动力响应与动力屈曲的研究历史和当前进展.着重回顾了国内外对圆柱壳动力响应、圆柱壳动力屈曲和圆柱壳流固冲击屈曲的研究进展情况.然后介绍了动力屈曲的几种判断准则.其次简单地介绍了圆柱壳静力问题中的无矩和有矩理论以及求解动力问题中的增量理论,并利用这些理论对计算实例进行了简单的分析求解.计算发现圆柱壳在受文中三种动态载荷作用时,圆柱壳撞击端的轴向位移大于圆柱壳中间点的位移,且矩形载荷作用时圆柱壳的轴向位移响应最大,三角形载荷作用时圆柱壳的轴向位移响应最小.接着利用MSC公司的Patran和Dytran有限元计算程序对某型鱼雷撞击靶板的动态响应特性进行了仿真分析.分别计算了在几种不同的撞击情况下雷体指定部位加速度响应随时间的变化.随后对鱼雷撞击靶板建模方法进行了探讨,得到一些可行的建模方法.然后应用Dytran软件对鱼雷入水过程进行仿真计算,计算出鱼雷分别从0.5m、1.0m、1.5m三种不同的高度入水时,雷体指定位置的加速度随时间响应的曲线图,并把加速度峰值和试验结果进行了比较,发现计算结果和试验结果相当地接近.
[硕士论文] 郭小飞
航空宇航推进理论与工程 哈尔滨工程大学 2007(学位年度)
摘要:水下高速运动体的减阻问题已成为各国水中兵器研究的一个重要课题。最热门的研究方向就是降低摩擦阻力的最新技术--超空泡技术,以及最近提出的利用无分离外形降低压差阻力的技术。文中利用商用计算流体力学软件Fluent对这两个方面进行数值模拟研究。 论文分三部分。第一部分针对超空泡减阻的最基本问题即空化器的相关问题做了研究。总结了一些关于空化器产生的超空泡尺寸和空化器阻力系数的理论计算方法。数值模拟研究了由空化器产生的超空泡流动,并将模拟结果与经典试验值进行了比较,证实了Fluent数值模拟超空泡流动的可行性。分析了在空化器的形状、直径和空化数不同的情况下,超空泡的变化规律。得出超空泡尺寸随空化器形状不同而不同,随空化器直径增大和空化数减小而增大的结论。计算了空化器的阻力系数,结果与公认的理论解吻合很好。第二部分对有角度的二维空化器的稳态和非稳态超空化流动做了数值模拟,分析空化器固有角度对超空泡的形态、阻力和升力的影响。结果表明,空化器固有角度对超空泡形态影响很小,角度在一定范围内增加时,空化器的阻力和升力都会减小。第三部分是对乌克兰学者提出的用不分离形状阻止空化,以此来降低压差阻力的观点,做了数值模拟的侧面验证,结果表明,这一减阻方案在一定速度范围内是可行的。
[博士论文] 庞学慧
火炮、自动武器与弹药工程 中北大学 2010(学位年度)
摘要:本文以国家高技术研究发展计划“×××××高精度高性能成形生产线”项目为背景,针对弹体热成形精度的在线检验问题,研究了“大口径弹体热成形精度在线检测系统”。
  热成形工艺之后,弹体依然有800℃左右的高温。为了实现弹体内外表面的同时测量,论文提出了基于 CCD激光位移传感器的接触与非接触方式共同参与的“复合测量原理”。在此基础上,研制了立式综合测量系统。该系统采用基于PC的开放式数控系统,X、Z、C三轴联动,可同时测量弹体内外径、壁厚差、圆度、圆柱度及内外表面同轴度误差。论文阐述了测量系统的运动控制、数据采集及控制系统软件模块,研究了开放式数控系统的体系结构、主要功能以及开放的层次和开放的途径。
  针对弹体测量精度和在线测量的特点,研究了等截面采样和螺旋线采样两种测量方式,推导了内外径及壁厚差、圆度、圆柱度、同轴度等误差的计算公式。算法简洁,计算效率和计算精度较高。特别是双螺旋线测量方式,测量效率和精度俱佳,可推荐作为通用测量机的可选功能。
  论文研究了测量系统的机械误差、弹体热变形误差、采样信号中的粗大误差的剔除算法。由于弹体高度、外径均对内径的热变形产生影响,论文推导了内径的热变形精确计算公式,给出了近似计算的条件,并由此深入研究了材料线膨胀系数、体膨胀系数及热变形系数的相互关系,对热膨胀系数的科学定义进行了初步探讨。鉴于测量中采样信号成分的复杂,研究了以逐次逼近限幅滤波剔除离散噪声、以一阶差分滤波剔除连续噪声,然后以53H滤波算法和多点平滑滤波算法共同进行数据平滑的综合数据处理方法,文中给出了具体的算法。论文还对高斯滤波器及在圆度测量中的应用作了初步探讨。
  实验表明,所研制的测量系统有较高的测量精度和效率,满足恶劣环境下弹体精度的测量要求,填补了国内弹体成形精度在线自动测量技术的空白。
[硕士论文] 孙铁志
一般力学与力学基础 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:潜射航行体作为一种水下武器,具有较强的隐蔽性、机动性以及攻击能力。航行体在水下运动过程中环境压力不断减小,流场特性不断发生变化,并且始终伴随着空泡流现象。空泡流是一种包含了非定常、湍动、相变等复杂因素的流动现象,由于潜射航行体水下运动速度较低,需要进行通气以达到补气增强效果,从而使航行体周围流体介质变为气-汽-水三相混合介质,给通气航行体空泡多相流的数值模拟研究带来了很大的困难。本文围绕潜射航行体水下运动过程的通气空泡多相流问题,开展通气参数对潜射航行体空泡形态及流体动力特性影响的数值模拟研究。主要研究工作如下:
  介绍了通气空泡流相关的数值方法,包括基于Mixture均质平衡流模型理论的基本方程、湍流模型、空化模型以及壁面函数的基本理论,建立了潜射航行体通气空泡多相流的数值计算方法,并将数值结果与文献中的试验数据进行了对比,验证了数值计算方法的有效性。
  开展了环状通气条件下潜射航行体空泡形态及流体动力特性的数值模拟,分析了不同通气参数条件下的空泡形态、弹体表面压力以及阻力变化情况,获得了通气质量流量、通气角度和通气位置对空泡形态及流体动力特性的影响规律。
  开展了孔状通气条件下潜射航行体空泡形态及流体动力特性的数值模拟研究,分析了不同通气参数条件下空泡形态、弹体周向压力以及阻力变化情况,获得了通气孔数量和通气孔直径对空泡形态及流体动力特性的影响规律,并与环状通气条件下的计算结果进行了对比,分析了两种通气方式的差异。
[硕士论文] 徐本恩
航空宇航推进理论与工程 南昌航空大学 2014(学位年度)
摘要:火箭发动机燃气射流会产生强大的气动噪声,对发射场的工作人员和仪器设备造成不利影响,且不利于武器系统的隐蔽性。本文采用CFD计算射流流场及声场分布的方法,研究火箭发动机燃气射流流场及其所产生的气动噪声场的特性,并计算喷水对燃气射流流场和声场的影响,分别改变喷水角度和喷水与燃气射流的质量流率比,研究改变喷水条件对降噪效果的影响。
  通过对火箭发动机燃气射流流场及其所产生的气动噪声场的计算结果分析可知,火箭发动机燃气射流流出尾喷管之后形成高速的自由射流,产生交替出现的膨胀波与压缩波充斥的流场。湍流的势流核心区内流场压力、温度、速度和马赫数发生剧烈变化,是产生射流噪声的主要声源区;燃气射流远场噪声的声压随时间波动较快,压力幅值变化较大,但相对于流场中的脉动压力小了2~3个数量级;射流噪声峰值主要分布在较窄的频率范围内,超过3000Hz的噪声峰值较小;射流噪声具有指向性,总声压级最大值出现在60°方向,总声压级随距离的增大而减小。
  对燃气射流喷水后,在喷水点下游射流的流场结构发生改变,而喷水点上游的超音速流场受到影响较小。喷水射流垂直于燃气射流轴线的速度分量是影响降噪效果的重要因素,速度分量过小,喷水很难进入势流核心区,对噪声场的影响不大;速度分量过大时,喷水会射穿势流核心区,也会影响降噪效果。喷水后流场中的压力、温度和马赫数都有了明显的下降,远场各接收点处噪声的声压级都有了显著的降低。不同的喷水条件降噪的效果不同,喷水角度在30°~85°范围内均能达到较好的降噪效果,喷水角度为60°时降噪效果最理想;在喷水与燃气质量流率比(MFR)在2.4~5.5范围内时,降噪幅度随MFR的增大而增大。
[硕士论文] 俞阳
电子与通信工程 重庆大学 2015(学位年度)
摘要:在安全防务中,火箭扮演了重要的角色。影响火箭发射性能的原因有多种,如不平衡因素、发射推力偏心以及火箭发射时发射装置产生的起始扰动等,以上因素会对非制导火箭的飞行轨迹、命中精度和密集度造成严重影响,甚至会导致战斗力下降。其中,发射装置起始扰动是影响火箭性能的主要原因。在火箭发射过程中产生的大推力、强冲击(振动)、高温高压、浓烟粉、强气浪等一系列因素都会引发发射装置的起始扰动。对于具有制导功能的火箭,可以在自身飞行过程中调整姿态来减小发射扰动的影响。但对于大多数没有制导功能的火箭,发射扰动对其发射性能的影响非常大。当今世界各国为了达到不同的战略目标,依然配备着大量非制导火箭。为了更好地研究发射装置扰动对火箭发射精度和密集度的影响,需要对火箭发射时受到的起始扰动进行动态测试和研究,为针对实际发射环境下的火箭发射装置的抗扰动研究提供参考。
  论文根据火箭发射装置的扰动特点,结合构建的空间六自由度运动模型,利用数控系统建立一套地面火箭动态测试控制系统,以模拟火箭发射装置在实际发射过程中产生的扰动现象,并动态测试火箭在扰动中位姿的变化,为研究发射装置扰动的六自由度衰减规律及其对火箭离箱姿态的影响提供实验依据。
  论文根据火箭动态测试控制系统的机械结构及功能,在功能及需求分析的基础上,根据选定的运动机构,对火箭动态测试控制系统总体方案进行了设计,并完成数控系统选型,以西门子SINUMERIK840D数控系统作为火箭动态测试控制系统的控制核心,S7-300 PLC辅助实现逻辑控制,结合其他数控外围模块,完成火箭动态测试控制系统的硬件、电气布局及布线设计,并完成PLC硬件组态设计,PLC控制软件设计、数控系统驱动配置以及驱动系统的优化设计、安装调试等工作。经过实际运行与测试表明,设计完全满足火箭动态测试系统的控制功能要求,可确保整个系统正常运行。
[硕士论文] 郭魁俊
一般力学与力学基础 哈尔滨工业大学 2009(学位年度)
摘要:自主式水下航行器是一种可以由水面舰艇、潜艇、飞机等各种作战武器搭载的无人无缆水下航行器。随着自主式水下航行器应用范围的增加,对其自主性的要求也随之增加。AUV具有高度的非线性和时变的水动力学性能,准确的水动力系数是高性能控制器研究的基础,因此本文关于自主式水下航行器水动力系数的数值研究具有重要的理论意义和实用价值。
  以美国“曼塔”AUV为原型,建立了AUV简化计算模型。推导了描述自主式水下航行器六自由度动力学方程和运动学方程;对自主式水下航行器受到的水动力进行了分析。
  对自主式水下航行器在水平面内的运动进行了数值模拟研究,得到了直航运动不同速度、不同侧滑角和不同方向舵角等条件下水动力系数的变化规律;对自主式水下航行器在垂直面内的运动进行了数值模拟研究,得到了不同冲角、不同升降舵角条件下水动力系数的变化规律;在此基础上,对自主式水下航行器的空间运动进行了数值模拟研究,得到了自主式水下航行器在空间运动时的水动力系数变化规律。
  本文得到的自主式水下航行器在不同运动状态下的水动力系数曲线的变化规律对于将来自主式水下航行器的初始设计和运动控制都提供了重要的理论依据。
  
[硕士论文] 苏颖
武器系统与运用工程 西北工业大学 2001(学位年度)
摘要:该文在对鱼雷热动力推进系统数学模型分析简化和典型工况仿真研究的基础上,采用变结构等效控制律和趋近律两种方法,直接对非线性系统进行了控制律的综合,设计了鱼雷恒深变速、恒变速深运动的动力推进系统变结构控制器,并进行数字仿真验证.该文的另一个重点是,进行了某型鱼雷动力推进系统速制变换过程工作状态的仿真计算与分析;应用单纯形法对其变速关键部件——双速控制阀进行了优化设计,使系统变速过渡过程的静、动态性能得到明显的改善.该文应用趋势近律法求解变结构控制的方法,达到了良好的抖振削弱效果,使得该控制算法能够应用于实际系统,这在国内尚属首次.该控制方法不仅适合鱼雷动力推进系统的控制 ,而且对其它工程领域也有着重要的参考价值.
[博后论文] 何心怡
通信与信息系统 中国科学院声学研究所 2007(学位年度)
摘要:本文研究内容分为两部分:
   (1)以我国正在研制的航空自导深弹为背景,研究其自导信号处理方法,研究成果直接应用于航空自导深弹;
   (2)结合拖曳线列阵鱼雷的发展,研究拖曳线列阵鱼雷的左右舷分辨方法。
   文中研究内容意义重大、军事应用前景广阔。
   根据航空自导深弹的至顶向下攻击、攻击时间短的特点,深入分析了航空自导深弹所处的干扰场、大俯仰角情况下的潜艇目标强度和航空自导深弹探测时的信混比,为确定航空自导深弹自导信号处理方案奠定了基础。在此基础上,会同课题组成员提出并详细分析了航空自导深弹自导系统的基本组成、以视在方位序列方差检测器和瞬时频率序列方差检测器为核心的航空自导深弹自导信号处理方案,并以仿真试验、海上试验和水库试验验证了所提出的自导信号处理方案的正确性、可行性和有效性。本文研究成果己直接应用于航空自导深弹原理样机。
   针对拖曳线列阵鱼雷的发展,在概括拖曳线列阵左右舷分辨方法的基础上,提出了一系列评价拖曳线列阵左右舷分辨方法的标准,以该标准为基础综合比较各种左右舷分辨方法的性能,并根据拖曳线列阵鱼雷的实际情况,分析并提出了适用于拖曳线列阵鱼雷左右舷分辨的方法。
  
[硕士论文] 佈仁吉日嘎
一般力学与力学基础 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:由于水下航行体表面液体的汽化或通过充气装置注入不可凝结气体而形成包裹航行体表面的低密度空穴称为空泡。近年来,国内外应用通气空泡原理,达到减阻和突破速度极限的目的,在高速水下兵器的科研方面取得了突破性的进展。但大多研究过程中忽略热力学因素,对通气空泡流的热效应认识不足。就此,本文用数值模拟的方法,研究了热力学因素对通气空泡流流场结构、空泡形态及流体动力特性的影响。
  主要工作内容与结论如下:
  首先,基于Mixture多相流模型,耦合使用Singhal全空化模型,对不同环境温度下的自然空化进行了数值模拟,得到产生自然空化过程当中由于附带能量的传递导致空泡内温度小幅度的下降;越高的环境温度会抑制自然空化的产生;环境温度变化对阻力系数的影响很小。
  然后,在定常两相自然空化计算结果的基础上模拟了不同环境温度下的汽、气、液多相通气空泡流,分析了环境温度对流场、空泡形态及流体动力特性的影响。研究结果表明:随环境温度的上升,空泡尺寸有小范围的增大,阻力系数无明显的变化。
  最后,对高温通气空泡流进行了数值模拟,分析了通气量、通入气体温度、来流速度对流场、空泡形态及流体动力的影响。结果显示高温通气空泡尺寸比常温通气空泡要更大;通气量越大,形成的空泡尺寸就越大,阻力系数越小,减租效果更好;随通气温度的升高,通气空泡最大半径和空泡长度均增大,阻力系数相应的减少;来流速度增大时,空泡最大半径增长较缓慢,空泡长度的增长较明显,阻力系数呈现减少的趋势。
  本文通过数值模拟分析,获得了热力学因素对通气空泡流影响规律的一些定量和定性的结果,深化了通气空泡的复杂流动机理,为进一步研究提供了一定的理论基础和技术手段。
[硕士论文] 邦志辉
武器系统与运用工程 南京理工大学 2014(学位年度)
摘要:针对新型鱼雷对舰、潜艇所构成的巨大威胁,基于水声对抗技术的软杀伤反鱼雷武器应用而生。论文研究的水声对抗子母弹相关结构冲击响应正是基于该应用背景下的新课题。为了预测水声对抗子母弹在冲击作用下的相关结构强度,运用理论分析、数值模拟及相关试验验证等方法对其相关冲击动力学问题进行了研究,深入分析了子母弹相关结构的冲击响应特性。
  为了预测子母弹分离过程中,母弹舱内压力对抛撒结构强度的可靠性,建立了水声对抗子母弹的活塞式单、双燃烧室内弹道理论模型,并分别计算了舱内的压力。在此基础上,运用有限元方法分析了抛撒结构在燃气压力作用下的冲击响应和强度失效模式,最后针对单燃烧机构的推板和中心杆进行了强度改进设计,通过计算分析,可满足工程可靠性要求。
  针对水声对抗子母弹在运输、储存、使用等过程中的跌落耐撞性要求,依据弹体跌落测试标准,基于LS-DYNA软件建立了弹体跌落冲击动力学仿真模型。重点分析了以1.5m高度跌落时各部件的冲击响应规律,并考虑到意外跌落的不确定性因素,分析了跌落高度、跌落姿态、缓冲物及跌落地面对子母弹体主要部件的跌落冲击响应的影响,分析结果对母弹弹体的结构优化设计、跌落可靠性评估及包装技术提供参考。
  为了研究对抗子弹在高速入水阶段的冲击响应和运动规律。本文基于ALE流固耦合算法对六棱柱平头子弹入水进行了数值计算,分析了子弹入水现象、冲击过载分布、速度衰减及不同壳体冲击响应等规律。为了进一步研究子弹头形对其入水冲击的影响,结合附加质量法对常见的尖拱形和半球头弹头入水进行了计算,对比分析了不同头形子弹入水的冲击过载和运动规律,最后定性分析了弹头形状与其入水冲击特性的关系。结果表明:子弹入水初速、姿态、空泡效应及弹形结构等对其冲击响应特性和水中运动规律有着显著的影响。
  研究成果可对水声对抗子母弹相关结构的优化设计和强度可靠性评估具有参考价值。
[硕士论文] 刘平安
航空宇航推进理论与工程 哈尔滨工程大学 2008(学位年度)
摘要:超空泡鱼雷涉及到水冲压发动机、超空泡外形等关键技术。本文研究了与水冲压发动机和超空泡阻力相关的几个问题。
   首先,根据热力计算原理,用最小自由能的方法编制了适合于水冲压发动机热力计算的程序。对超空泡鱼雷水冲压发动机采用的不同燃料进行的热力计算与能量比较,发现金属粉末的能量特性高于不同比例配方金属基燃料。铝粉的能量特性高于镁粉的,铝基燃料的能量特性高于相同配比的镁基燃料的。丁羟粘合剂镁基燃料能量特性很差,不适合用超空泡鱼雷水冲压发动机。叠氮粘合剂可以大大提高金属基燃料的能量特性,叠氮粘合剂金属基燃料的能量特性高于相同配比的丁羟粘合剂金属基燃料。
   然后,利用软件(SCAV)计算了某超空泡鱼雷在超空泡状态下航行时的稳态空泡形状与阻力。发现当航行速度一定时,随着航行深度的增加,航行阻力逐渐加大。利用编制的热力计算程序对铝燃料水冲压发动机在不同航行深度工作时的性能进行计算,发现随着航行深度的增加,铝燃料水冲压发动机的性能逐渐降低。
   最后,对某超空泡鱼雷在不同航行深度的航程进行了计算比较,发现随着航行深度的增加,铝燃料水冲压发动机超空泡鱼雷的性能急剧下降。
[硕士论文] 齐亚飞
航空宇航科学与技术 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:导弹、空投鱼雷及火箭助飞鱼雷等武器在攻击水下目标的过程中都要经历入水过程。弹体在入水过程中位于一个包裹住弹体的空泡内,只有头部与水接触,水下流体动力的微小扰动就会对弹体的弹道及姿态造成影响并引起弹体运动失稳。弹体入水初期带空泡航行阶段的末参数将作为全沾湿航行阶段的初始参数,为保证弹体完全入水后仍然具有满意的弹道特性,对弹体入水初期带空泡航行阶段的弹道稳定性及空泡特性的研究就显得很有必要。
  本文首先基于动量定理及动量矩定理建立了弹体入水初期带空泡航行阶段的六自由度弹道方程,在确定作用在弹体上的流体动力后可以用来预测弹体入水后的弹道,并对作用在弹体上的外力进行了分析研究。其次,利用高速相机记录了四种典型头型的柱状弹体在不同初始条件下的入水过程,通过对图像数据的处理获得了弹体的速度衰减、弹体质心的横向偏移、弹体姿态角的变化以及入水空泡的发展过程随弹体头型、弹体入水初速和弹体入水角的变化规律。基于实验结果和仿真分析研究了弹体在带空泡航行阶段瞬时阻力系数随时间的变化规律以及入水瞬间在水下产生的初始冲击脉冲的衰减规律。最后对入水空泡的闭合机制进行了分析研究,分别基于能量守恒定理和势流理论建立了入水空泡的扩展模型,研究了极端的情况下空泡的扩展、空泡壁的运动及空泡的深闭合等特性。虽然采取了极端的条件,但研究方法具有通用性且也能表示空泡的一般特性。
  本文得到的结果可以加深对弹体高速入水过程中弹体的运动过程及空泡扩展规律的理解,为研究弹体高速入水后带空泡航行阶段的弹道特性提供一定的实验支持和理论指导。
[硕士论文] 黄威
人机与环境工程 哈尔滨工业大学 2013(学位年度)
摘要:随着水下作战武器的不断发展,水下弹体以及射弹入水等相关的攻防研究更是在各国相关领域得到了非常重大的关注并且已经取得了相当丰富的研究成果。另外,由高速运行的弹体或者碎片导致的飞行器燃油箱的穿孔以及损伤最终导致飞行器失效的情况也已多次出现并造成重大损失。为了提高射弹入水后弹体毁伤性能或者是为了提高液体容器及水下结构的抗毁伤性能,对射弹入水各方面性能的研究自然显得不可避免。在此背景下,本文重点研究高速刚性弹体侵彻有限容积水箱由产生的水锤效应引起的初始冲击波以及空泡相关的特性,为进一步对武器攻防研究等起到一定参考作用。
  本文在相关理论基础上,以实验研究为主并结合相应的实验结果利用有限元模拟软件ANSYS/AUTODYN-2D进行数值模拟分析,并结合最终的研究结果得到相关结论。本文以一级轻气炮和高速照相机为基础进行相关实验研究。分析结果表明,高速弹体入水产生的冲击波形态为半球形,与弹体的头型无关并得到典型的冲击波压力信号;弹体产生的初始冲击波强度沿着弹道方向向前逐渐衰减,采集点峰值压力介于其距离及距离平方倒数的大致范围之内,这种衰减特性与弹体头型有关,与速度以及靶板无明显的关系,其中靶板会对冲击波的强度有较大影响;初始冲击波强度随角度变化在半球球顶达到最大,沿球面向上下两侧逐渐衰减,衰减速度也越来越大,其整体的衰减特性曲线介于由其角度构成的三条正弦函数曲线之间,并且得到两种弹体随角度衰减特性存在不同之处;弹体入水后,针对弹体弹道稳定性以及产生空泡的典型特点就行了实验分析。通过对水下弹体速度衰减以及侵彻位移的分析得到了其相应的数学模型,并通过实验数据验证性的得到了球形弹体入水后新的空泡扩展模型;最后对射弹入水造成的靶板损伤进行了简单直观的分析。
  本文获得的研究成果为液体容器和水下结构的防护设计或者超空泡射弹的设计提供大量的实验和仿真数据以及相关的分析结果,具有一定的参考与指导意义。
[硕士论文] 万俊
材料学 华中科技大学 2012(学位年度)
摘要:铝/水(Al/H2O)反应燃料采用高活性、高能量密度的铝作为燃烧剂,利用环境水作为氧化剂,使所携带金属燃料的能量密度和比冲得到大幅提高,是新一代高能推进系统的能量来源。纳米级铝粉有巨大的比表面积、高反应活性等优良特性,因此当其取代普通铝粉应用在Al/H2O反应燃料中时,拥有更广阔的研究价值和应用前景。由于高新武器对能量的需求和反应冲压发动机的体积限制,该反应必须高效、快速完成。因此开展Al/H2O(尤其是纳米级别的Al与H2O)体系反应特性的研究来寻求实现其高效燃烧和释能的条件是相关研究的基础和核心。
  本文采用原位研究方法,应用高压反应釜联机系统,实时监测了纳米铝/水(nAl/H2O)反应的放热过程,提取了反应过程中的三个特征温度(反应放热起始温度、反应速率最大温度、反应结束温度)和三个特征参数(反应放热起始温度、反应速率、反应放热量),并建立了nAl/H2O反应的分析方法和评价标准,可作为将来评判各种nAl/H2O燃料体系性能的参考指标。本文还应用所建立的铝/水反应分析方法,探究了铝粉粒径、铝粉存放条件、加热功率、原料摩尔配比、溶液PH对Al/H2O反应特性的影响规律,从而推断出Al/H2O反应燃料的最佳反应条件,为其应用于推进体系中的配方设计提供了数据支持。最后,本文从热动力学研究角度,分析计算得到了铝/水总反应和各分步反应的速率常数。
[硕士论文] 许春勤
引信技术 南京理工大学;华东工学院 1992(学位年度)
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