火箭橇水刹车高速入水冲击数值模拟

针对目前对火箭橇水刹车高速撞水研究的不足,采用流固耦合方法进行了数值研究,得到了超空 泡、水隆起、溅水、水压力等水形态,获得了水刹车的速度、加速度和阻力系数随时间的变化曲线。研究表明: 水刹车刀片和侧板头部形成的超空泡对水阻力影响最大、水隆起影响次之、溅水则基本无影响,水刹车阶梯式 入水结构可以有效降低入水冲击力峰值。所采用的方法为火箭橇水刹车设计提供了依据,可为其他相关物体 高速入水问题研究提供参考。     

惯性载荷作用下火箭橇结构拓扑优化设计

基于均匀化优化方法,以结构的刚度最大化为目标、材料用量为约束,推导了考虑惯性载荷的准则法公式.由于目标函数具有非单调特性,拓扑优化迭代不易收敛到最优解,因此提出了对准则法迭代中涉及惯性载荷敏度计算部分的修正.通过实例研究表明:本文提出的修正准则法可以保证迭代过程平稳且获得最佳拓扑构型,该拓扑构型与SIMP和BESO方法的基本一致,说明了本文方法的可行性.最后利用本文方法对火箭橇结构进行了拓扑优化设计,所得结果对工程设计应用可提供有益的参考.     

单轨火箭橇靴-轨冲击响应传递特性研究

单轨火箭橇靴-轨的冲击响应是影响其运动过程中系统稳定性的主要问题。本文以单轨火箭橇为研究对象,采用有限元结构动力学仿真分析方法建立了非线性火箭橇-轨道耦合动力学模型;对比分析了理想平直轨和不平顺轨两种轨道模型条件下滑靴、卡环、发动机的振动量变化,并进行了火箭橇的试验验证和数据对比。结果表明:不平顺轨道对火箭橇靴-轨冲击响应振动加速度均方根值的影响大于理想平直轨道,滑靴处二者最大偏差为3～5倍,且随机振动特性显著;最大速度时刻的靴-轨冲击预测结果与实测值在侧向和竖向振动趋势上具有很好的一致性。研究结果为火箭橇结构优化设计及稳定性分析提供了理论依据和技术保障。     

哥氏加速度对火箭橇试验的影响分析

火箭橇试验高速度的特性,使得由于地球自转产生的哥氏加速度变的不容忽略,在进行惯性测量单元的火箭橇试验时必须分析并消除哥氏加速度的影响.本文建立了三个坐标系,从哥氏定律出发推导出绝对加速度的表达式;进一步推导出加速度计输出、外测加速度与哥氏加速度在滑轨坐标系三个轴的关系表达式;最后通过试验数据对理论分析进行了验证.结果表明,哥氏加速度的影响随着滑橇速度的上升而变大,将逐渐掩盖交叉耦合项误差,对此应根据哥氏加速度在滑轨坐标系的表达式进行补偿.     

考虑地面效应的高速列车远场气动噪声计算方法研究

为研究高速列车远场气动噪声的计算方法,根据高速列车近地面运行的实际情况,利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程;建立考虑地面效应时的远场声学积分公式,并研究地面效应对高速列车远场气动噪声的影响.研究表明,由于存在地面效应,原来的自由声场变成了相当于真实列车声场与镜像列车声场的叠加,并且作用在镜像列车上的力源和法向运动速度与真实列车上的相同.当列车运动速度为350 km/h时,不考虑地面效应时,远场测点的等效连续A计权声压级的最大值为90.76 dB;考虑地面效应之后,远场测点的等效连续A计权声压级的最大值为94.72 dB.     

高速列车穿越有竖井隧道流场的特性研究

给出了高速列车穿越隧道压力波的三维粘性流场数值模拟过程,控制方程为三维粘性、可压缩、等熵和非定常流的Navier-Stokes方程,空间离散采用了中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散,对隧道壁面采用壁面函数处理。在模拟中考虑了竖井的位置、竖井的断面积、竖井的数目等因素对隧道内压力及压力梯度的影响。计算结果表明,竖井的存在改变了压缩波的波前形状,从而使得隧道内的压力变化的最大值降低,因而能够降低隧道内的压力梯度最大值,但它并不能延长压力上升的时间。     

阻塞效应对高层建筑风洞试验的影响分析

风工程界对单体建筑风洞试验阻塞效应进行了大量研究并取得初步成果,有关群体建筑风洞试验阻塞效应的研究却鲜有报道.基于此,本文对具有较多周边建筑的某实际高层建筑进行了两种缩尺比的刚性模型测压试验.结果发现阻塞效应的不同使两组模型的风压数据出现显著差异.分析表明:对于具有较多周边建筑的风洞试验,较大阻塞比导致的阻塞效应可能引起试验数据严重失真,阻塞效应对模型侧面风压的影响较迎风面、背风面更为显著;现有的阻塞效应修正方法不具有普遍适用性,阻塞比这一整体性指标无法描述模型不同部位的阻塞效应.     

高速列车车体长度对气动噪声影响的数值研究

高速列车具有细长形状, 数值评估气动噪声往往需要巨大的计算量.目前对高速列车气动噪声的数值模拟大多基于对简化短编组列车的评估,而实际列车通常具有较长的8$\sim$16节编组.如何基于现有条件合理评价真实长度列车的气动噪声,是一个急需探讨的问题. 本文应用非线性声学求解器(NLAS)和FW--H声学比拟法的混合算法, 先求解噪声积分面上的声场脉动,再进行远场积分, 引入多噪声面积分技术,通过对三种不同长度(3节、4节、6节)列车模型的气动性能和噪声数值模拟,分析了车体长度对列车气动噪声的影响. 结果表明,同一列车模型的各节车厢具有相似的沿线噪声分布,其噪声曲线在量值上十分接近,只是主峰位置会随着车厢空间位置的不同而相应地发生偏移;不同长度编组列车对应部位之间的远场噪声特性具有较强的关联性,它们的远场噪声具有接近的总声压级和噪声频谱.通过利用短编组计算数据进行分解、平移和叠加,成功重构了4编组和6编组列车远场噪声特性,与直接计算结果相比误差在可接受范围内.由此发展了基于短编组列车噪声的数值结果,重构长编组列车沿线噪声的近似评估方法.      

0Cr18Ni9Ti-U71Mn摩擦副高速重载磨损行为的数值模拟

火箭橇是在专用轨道上利用火箭发动机作动力推动火箭滑车高速前进以获取试验测试数据的动态试验装备.火箭橇滑块在高速重载服役条件下的磨损严重威胁着火箭橇的可靠运行和服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的技术瓶颈之一.本文作者基于Archard磨损模型和弹塑性变形理论,利用有限元开展了0Cr18Ni9Ti-U71Mn火箭橇摩擦副在高速重载下磨损行为的数值模拟. 0Cr18Ni9Ti为火箭橇滑块,U71Mn为火箭橇滑轨,在模拟速度为300、340和380 m/s以及载荷为2、3和4 kN,模拟了高速重载下滑块磨损特性的演变过程.结果表明：增加载荷或速度均出现了前端效应,致使前端区域更容易发生磨损.增加载荷不利于磨损阶段从初始磨损向稳定磨损的转变,而增加速度却能够起到促进作用.随着载荷的增加,滑块的磨损深度随平均接触压力的增大而显著上升;但随着速度的增加,平均接触压力呈现下降趋势,滑块磨损深度缓慢增大.高速重载条件下,通过控制载荷可以有效减少火箭橇滑块的磨损,延长滑块的服役寿命.     

高速电梯气动特性研究与风口设计

高速电梯运行时,井道内气压的快速变化会对轿厢运行的稳定性及安全性产生极大影响．为解决上述问题,提出了三种在井道壁面上开风口的设计方案,运用计算流体力学分析软件FLUENT对电梯运行过程中的空气流动状态进行数值仿真,同时改变风口形状以及数量,对井道内风速变化、轿厢所受气动阻力及气动力矩进行分析．分析结果表明,在提出的三种开风口方案中,上下圆形风口为最优,与未开风口时相比,轿厢气动阻力减小22.05 %,侧翻力矩减小29.87 %,俯仰力矩减小18.02 %．最后进行试验验证,表明了开风口方案的有效性,研究结果可为井道风口的设计提供理论依据．     

抗阵风载荷的小型无人飞行器设计及相关风洞舵效比较

本文目的在于探索验证微小型飞行器的气动布局与抗突风载荷能力的关系,结合风洞试验验证了结果并进行了数据分析。在低雷诺数条件下采用大边条、小展弦比非常规的气动布局设计,根据性能指标要求对飞行器的机翼面积、翼展、翼型等相关参数进行了分析设计;运用数值模拟等手段对全机简化模型进行了气动力计算,对结果进了行初步的定性分析,为初始的设计提供了验证;结合实际的靶机制作得到了实际飞机的风洞验证缩比模型,对其进行了风洞的常规测力实验。根据风洞试验结果对飞机升降舵舵面与副翼舵面偏转0°、±15°、±30°的气动性能进行了评估,为进一步的理论分析提供依据。结合实际外场飞行实验情况得出飞行器的实际气动性能,并对大量相关风洞试验数据进行了分析;探索性地给出了一条适用于微小型飞行器进行的新设计方法和设计流程,为设计适应于阵风载荷等恶劣气候条件下微小的型飞行器提供了参考新思路。     

惯性测量系统火箭橇试验振动传递特性

惯性测量系统火箭橇试验过程中,惯性测量系统根据试验要求安装于减振平板上,而减振平板通过金属减振器安装于橇体上。通过振动传感器实时测量和记录橇体、减振平板和惯性测量系统的振动和冲击信号,待试验结束后读取记录存储的数据并进行振动量级、振动传递和减振效果分析。提出了一种描述惯性测量系统火箭橇试验振动传递特性的方法,包括振动谱图例对比、振动谱比值对比和基于AR模型幅值修正的传递函数描述方法。通过对各部分数据进行比较,验证了数据处理方法的正确以及描述惯性测量系统火箭橇试验振动传递特性的有效性。     

基于风洞试验的不同坡度多跨锯齿屋面风压特性研究

多跨锯齿屋面因其具有跨度大、结构轻盈的特点成为典型的风灾易损结构.目前国内规范对锯齿屋盖的风荷载规定较为粗略,简单给定了统一的风压系数参考值,在实际工程应用中具有一定的局限性.本文以某4跨锯齿房屋为研究对象,通过风洞试验测试了15°、21°、26°、30°和40°等5种不同屋面坡度对锯齿屋盖风压特性的影响.试验结果表明...     

Numerical study of the wall effect on particle sedimentation

ABSTRACT

In this article, we investigate the abnormal settling of two-disk systems and elliptical shaped particles in infinite two-dimensional channels filled with an incompressible viscous fluid. We apply a distributed Lagrange multiplier/fictitious domain method (DLM/FDM) for the direct numerical simulation of these particulate flows. Due to the wall effect, the two-disk systems can form chains which settle stably instead of having the particles moving apart. Also, sedimentation with the long axis moving to vertical positions in the middle of the infinite channel has been observed for the elliptic shaped particles. The critical Reynolds number for having such an abnormal settling behaviour decreases as the width of the channel increases.     

Numerical simulation of the ground effect using the boundary element method

As is well known, the lift of a wing passing over the ground becomes larger than that of a wing in a finite air field because of the ground effect. Owing to its special aerodynamic characteristics and applications, the problem of the ground effect has become increasingly common. In this paper some investigations were conducted to calculate the unsteady aerodynamic forces for long and short ground plates by means of boundary element techniques. In order to calculate the pressure variation on a long ground plate, the steady boundary element method was used. However, when using a short ground plate, the boundary element method was modified to treat the unsteady aerodynamic phenomena. Experimental studies were also made for both ground plates to confirm the validity of the numerical results. At low angles of attack the qualitative behaviour of the unsteady aerodynamic pressure on both ground plates was well predicted by the boundary element methods and qualitative agreement is found between the calculated and measured results. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

Investigation of aerodynamic effects on the high-speed train exposed to longitudinal and lateral wind velocities

The wind stability of the high-speed train has gained an increasing interest in the last few years. In this paper, an investigation of the effects of stochastic winds with longitudinal and lateral components on the high-speed train is described. The longitudinal and lateral wind time histories at the position of a moving vehicle, for a variety of wind directions, are first simulated. An algorithm for computing the unsteady aerodynamic load time histories is then derived for a moving vehicle. A typical railway vehicle has been modeled using the vehicle dynamic simulation package ‘Simpack’, and the unsteady wind loads of the same vehicle are applied to the vehicle model to investigate the dynamic response behavior. The simulated vehicle behavior is assessed against the indicator of load reduction factor, which indicates wheel unloading and therefore potential roll over. The characteristic wind curves (CWC) and its spread range are then obtained to evaluate the operational safety of the high-speed train. The results demonstrate that the operational safety of the high-speed train will be overestimated if the lateral wind velocity is not considered, especially for the small angles between vehicle and wind.     

The effect of the Reynolds number on the Reynolds stresses and vorticity in a turbulent far-wake

Using two orthogonal arrays of 16 X-wires, eight in the (x,y)-plane and eight in the (x,z)-plane, the effect of the Reynolds number in a turbulent plane far-wake has been investigated for two values of Re_θ (based on the free stream velocity and the momentum thickness), i.e. 1350 and 4600. It is observed that as the Reynolds number increases the magnitudes of the measured Reynolds stresses increase, as does the size of two-point vorticity correlation iso-contours. Discernible differences are also observed in probability density function, spectra and three-dimensional topologies. The Reynolds number dependence seems to vanish when Re_θ5000.