面元法求解有限水深船舶兴波及水底压力变化

应用势流理论中的格林函数方法计算了船舶定常运动的水动力参数,将有限水深Kelvin移动兴波源格林函数分解成三部分:简单Rankine源集合、局部扰动项和波函数项。在亚临界和超临界航速时,采用不同的积分顺序来消除被积函数的奇异性。利用面元法在船体表面上分布Kelvin源,计算了有限水深下船体表面的源强、压力分布及表面兴波,比较了有限与无限水深结果的区别和联系,进一步求解了船舶航行时引起的水底压力变化,计算结果与实验测量结果吻合良好。     

面向实战化需求的流体力学教学改革与实践

流体力学课程理论性强、内容抽象、枯燥难懂,传统教学内容缺乏与实战化内容的联系,学员学习目标不明确,理论性与实战性分离,因而学员的主体性和教学内容的高阶性不足。为了解决学员学习兴趣不高、动力不足的问题,面向实战化教学需求,在教学内容上发展了“四个引入”理念,即引入流动现象、军事应用、科研成果、思想方法,在教学模式上提出了具体实施的“六个环节”,即设疑、分析、释疑、拓展、应用、创新,通过理论与实际相结合,搭建起了课堂与战场之间的桥梁。提升了学员学习动力和兴趣,改善了教学效果。     

舰船海底地震波形成机理的理论分析

航行舰船是一个很大的振动和噪声源,其振动和噪声引起的压力波经由流体介质传播到海底,引起海底岩层振动,产生弹性波并向远处传播,这种航行舰船在海底引起的弹性波称为舰船海底地震波。舰船海底地震波可用于识别舰船目标,作为水中武器的目标探测信号。基于波动理论,得到了舰船引起海底地震波的波动方程和有限元数值计算模型。利用该模型,对二维半无限空间层状海洋环境在水压场和极低频点声源作用下的海底地震波信号进行了数值模拟,得到了远场海底表面处加速度和水压的时域频域信号。结果表明,在二维半无限空间层状海洋环境条件下,舰船远场海底地震波主要由舰船极低频的噪声辐射引起,主要频率范围在1-7Hz。     

浅水舰船引起水底附近的扰动速度研究

基于浅水波浪理论,建立了亚临界和超临界航速条件下舰船运动引起水底附近扰动速度的理论计算模型。通过数值计算,揭示了扰动速度分量的变化规律和分布特点。建立了舰船扰动速度的测试系统,对船模运动引起的扰动速度进行了测量。横向扰动速度分量计算结果与实验结果基本吻合,纵向扰动速度分量计算结果与实验结果定性一致。理论与实验研究表明,...     

问题导入式教学法在流线伯努利方程讲授中的应用

为了提升高校学员的思维和逻辑推理能力,提高流体力学课堂的教学水平,引入问题导入式教学法,坚持问题导向,层层递进,以流体力学课程中的教学实例,说明问题导入式教学法的应用,通过严密的推理过程,对已有知识进行有效的复习,得出科学的结论。增强了学生学习的兴趣和专注度,提高了学生独立思考和创新能力,取得了较好的教学效果。     

水下亚声速细长锥型射弹超空泡形态的计算方法

采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论和匹配渐近展开法,建立了描述水下亚声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。求解得到了考虑压缩性影响的超空泡形态1阶和2阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度。分析了射弹高速冲击条件下流体压缩性对超空泡形态的影响,随着马赫数的增加,超空泡形态将发生更加显著的膨胀变化。计算得到的超空泡特征参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好。     

超空泡形态及其流动特性的数值模拟

对圆盘空化器分别采用CFD、"1/3法则"和空泡截面独立扩展原理三种不同方法数值模拟了水下航行体定常自然超空泡外形及其流动特性。应用CFD方法基于粘性多相流的空泡捕捉法,采用六面体网格,选择Singhal空化模型和SST湍流模式,数值求解均质超空泡流场RANS方程。研究表明:泡形态时变特性是一种行之有效的工程估算方法,应用空泡截面独立扩展原理其计算结果与CFD方法吻合较好,说明了CFD方法用于超空泡流动仿真计算的可行性和独立性原理快速估算超空泡形态的准确性;同时超空泡外形主要与头部空化器有关,空泡长度会由于航行体本身存在变长;可优先选择空泡截面独立扩展原理对水下航行体超空泡外形进行快速估算。     

航行气垫船激励浮冰响应的模型实验研究

基于弹性薄板振动微分方程和相似理论,建立了气垫船在浮冰上运动的原型系统与模型系统参数之间的相似对应关系. 导出了浮冰层自由振动波形传播的相速度和群速度计算公式,明确了相速度的极小值和浅水波传播速度即为气垫船的第一、第二临界速度. 根据研制的高精度非接触式激光位移测量系统,在变水深拖曳水槽中, 开展了不同速度移动气垫载荷激励薄膜变形响应的系列实验,证实了存在使薄膜变形达到最大的移动气垫载荷临界速度. 第一临界速度使气垫载荷之后的薄膜产生最大的下陷变形,第二临界速度使气垫载荷之前的薄膜产生最大的上凸变形. 通过实验结果进一步分析了气垫速度、高度、压力及水深等参数对薄膜变形和临界速度的影响,揭示了移动气垫载荷激励薄膜变形响应的聚能共振增幅机理,为利用气垫船实施有效破冰提供了依据.      

自主研制实验设备，提高实验室综合实力1）

自主研发实验设备是办学水平的具体体现,也是培养学员创新能力的活教材. 流体力学实验室结合军队“2110”工程建设,先后研制了机翼升阻力实验仪、自循环流场显示系统、船池拖动系统等实验设备,解决了教学急需,锻炼了实验室队伍,提高了教学质量.     

超空泡射弹尾拍分析与计算

对超空泡射弹进行运动学和动力学分析并数学建模,求解耦合非线性微分方程组,得到水下高速超空泡射弹运动特性。数值模拟结果表明,高速超空泡射弹在航行过程中,由于弹体头部和尾部的阻力作用,水平速度随时间迅速衰减。并且射弹的角速度呈周期性往复变化,即尾拍现象。同时由于空泡尺寸的减小导致尾拍幅度逐渐变小。射弹转动惯量越小,角速度变化幅度越平稳,相同时间内尾拍次数减少。发射深度或发射速度越大,尾拍幅度衰减越快。较大的初始角速度也会使射弹角速度很快衰减。