柔性双尾鳍效率的测量和优化

建立了仿生拍动推进推力和效率的测量平台,通过电机的转动扭矩、转动角速度及推进力计算得到仿生推进系统的推进效率.对本课题组研制的组合仿生无人水下航行器中柔性双尾鳍模型进行了测量与分析,结果表明柔性尾鳍推进时小摆幅摆动运动效率要高于大摆幅运动;双尾鳍推进方式在小摆幅模式下无论在推进力还是在效率方面都要优于单尾鳍.最后根据模型实验数据,优化了双尾鳍推进的运动参数,并用于优化UUV性能.     

新月形尾鳍推进的流体力学分析

本文运用三维波动柔板位流模型与最佳游动方式理论,继续分析了新月形鱼尾的推进性能,从而实现了对鱼类三种主要推进模式的较为系统的研究。理论分析表明,高速海洋动物所具有的大展弦比、尖叶梢、中等后掠的新月形尾能获得接近于最佳的推进性能。对海豚游动特性的理论估算也给出了令人满意的结果。     

摆动水翼绕流的数值研究

鱼类经常采用垂直流向的摆动进行游动, 这种摆动可以用行进波来表示. 应用浸入边界方法模拟了低雷诺数条件下水翼NACA65-010在水中摆动时的流场,并研究了雷诺数对水生动物推进效率的影响. 结果表明:随着雷诺数的增大,推力系数和推进效率增大,而功率系数减小;在Re<20时,推力系数,推进效率和功率系数的变化尤为剧烈. 随雷诺数增加,由于水翼摆动诱导的流场变化也更加复杂,水翼后缘处的涡量场强度逐渐增强. 摆动诱导反卡门涡街产生推力.      

基于GIS与确定性系数分析方法的汶川地震滑坡易发性评价

鱼类经常采用垂直流向的摆动进行游动, 这种摆动可以用行进波来表示. 应用浸入边界方法模拟了低雷诺数条件下水翼NACA65-010在水中摆动时的流场,并研究了雷诺数对水生动物推进效率的影响. 结果表明：随着雷诺数的增大,推力系数和推进效率增大,而功率系数减小;在Re<20时,推力系数,推进效率和功率系数的变化尤为剧烈. 随雷诺数增加,由于水翼摆动诱导的流场变化也更加复杂,水翼后缘处的涡量场强度逐渐增强. 摆动诱导反卡门涡街产生推力.     

船舶水润滑尾轴承当量半径等效计算及其摩擦学性能研究

水润滑尾轴承摩擦磨损性能是影响船舶工作性能的主要因素之一,合理预测水润滑尾轴承工作过程中的摩擦系数对其性能评估具有重要意义.目前对于水润滑尾轴承摩擦系数的理论计算公式已经存在.但由于销盘试验下无法有效获取当量半径,公式在销盘试验条件下的实用性不佳.对此在总结了边界润滑条件下,水润滑尾轴承摩擦机理的基础上,通过在CBZ-1销盘试验机上进行大量试验来进行当量半径等效参数计算公式的总结与摩擦系数经验公式的验证.研究结果表明:(a)在使用理论摩擦系数计算公式的前提下,当量半径等效参数公式拟合合理,具备较高准确性;(b)试验材料的理论摩擦系数与实际摩擦系数误差较小,为同类型试验摩擦性能研究提供了理论与试验基础;(c)水润滑尾轴承材料在工作过程中的摩擦力来源主要分为滞后摩擦力、犁沟摩擦力以及黏着摩擦力.当其处于边界润滑状态下时,滞后摩擦力为主要的摩擦力来源.该研究为水润滑尾轴承的等效当量半径在销盘试验条件下的应用提供了试验基础.     

并列仿生鱼自主游动的数值模拟研究

采用自适应浸没边界方法,数值模拟了两条并列仿生鱼在不同间距下的同相位和反相位自主游动。通过与相同游动参数下单条仿生鱼自主游动的比较,可以得到结论:(1)并列自主游动的速度小于单条鱼游动的速度,并且随着间距减小而减小。相同间距下,反相位并列游动时的速度大于同相位;(2)并列游动时的阻力均大于单条鱼,且随着间距减小而增大;(3)反相位游动时功率消耗随间距减小而增大,但同相位游动则相反;(4)当间距大于0.5个身长时,推进效率都略有增大。所以,在综合考虑了游动速度和推进效率两方面的因素后认为,鱼群中并列相邻的两条鱼应当以反相位摆动,且侧向间距保持在0.5个身长以上,这与自然界中观察的结果是一致的。     

深井提升动力学研究

随着浅部煤炭资源的日益枯竭, 我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展, 新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1000万吨, 开采最大深度已达1500 m. 千米深井在提升过程中, 造成提升钢丝绳、容器振荡, 特别是自由悬挂平衡尾绳大幅度摆动, 严重影响多绳摩擦提升系统向高速度、深度化发展. 在国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项“煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术”支持下, 建立了单元数量自动调整的自由悬挂平衡尾绳提升系统动力学模型, 揭示了传统提升系统诱发平衡尾绳大摆动的机理; 提出了深井SAP提升新模式, 构建了多元耦合下的SAP提升系统动力学模型与非光滑动力学模型, 揭示了多参数影响下系统的非光滑动力学特性及非线性振动演化规律; 研发了适用于深部提升的SAP提升技术与装备, 开展了SAP提升技术与装备的现场研究, 解决了大强煤矿立井提升系统运行过程中尾绳大摆动、提升容器大振动等关键问题, 提高了提升系统高速运行的安全性, 消除了尾绳大摆动难控制的问题.      

基于虚功率原理的鲹科鱼类波状推进分析

自然界中的大多数鱼类通过波状摆动的方式实现推进,这是动态变形的鱼体和周围流体相互作用的结果,研究推进中流体对鱼体变形的响应不仅可以增强对波状推进的认识,还可以为流动控制提供依据.以鲹科模式推进的仿生二维模型为研究对象,通过数值计算获得鱼体波动产生的流场以及鱼体受到的流体力数据.基于虚功率原理,将鱼体受力分解为4部分,分别是鱼体边界变速运动的瞬时贡献、流场中流体旋转和应变速率相对大小的贡献、壁面剪切应力的类摩阻分量和壁面摩阻分量.结果表明,当鱼体波状摆动产生推力时,鱼体边界变速运动是主要的正推力来源,并且该项80%的推力贡献来源于20%的鱼尾部分的边界变速运动.鱼尾两侧边界层中的流体旋转和应变速率的相对大小和壁面摩阻对推力都是负贡献.对于低雷诺数的情况,流体旋转和应变速率的相对大小的负贡献低于壁面摩阻的负贡献,而在高雷诺数的情况下,流体旋转和应变速率的相对大小的负贡献强于壁面摩阻的负贡献.壁面类摩阻分量相对于其他3项总是较小的.结合标度律分析,在摆动推进的标度关系中,与雷诺数无关的推力部分是由边界的变速运动、流场中流体旋转和应变速率共同提供,且流体旋转和应变速率也贡献了摆动推力中与雷诺数...     

T尾结构振动的模态局部化判据研究

用峰值振幅比定义局部化度,用平尾刚度与垂尾刚度的比值定义耦合度.基于T尾结构的质量失调模型,从模态峰值振幅比、失调耦合比、常规摄动和近频摄动4个角度,提出4个不同的局部化判据来预测T尾结构模态局部化的发生.对一个T尾结构模型局部化振动的数值分析结果表明:(1)T尾结构系统一般具有弱耦合性,小量的失调就可以使T尾结构发生模态局部化;(2)T尾结构一旦发生模态局部化,不但使对称一弯模态和反对称一弯模态的振型发生较大改变,而且其模态频率也将改变,模态频率的改变在失调量的正负区间内具有唯一性;(3)算例验证了4个模态局部化判据的可行性和有效性,为T尾结构的模态局部化分析和设计提供了依据.     

聚四氟乙烯自润滑编织复合材料关节轴承的摆动摩擦磨损性能研究

介绍了所研制的重载摩擦磨损试验机的工作原理及其性能特点 ,在摆动频率 5 .3min- 1 和摆角± 30°条件下测试了聚四氟乙烯 (PTFE)编织复合材料关节轴承承载力及摩擦的时间效应 ,在 135 MPa承载力下测试了轴承的磨损和温升以及摩擦系数随连续摆动时间变化的关系 ,并通过扫描电子显微镜观察分析了轴承失效机理 .结果表明 :该关节轴承承载力可达到 135 MPa,摩擦系数小且稳定 ;在摆动过程中 PTFE不断被挤出 ,使轴承自润滑功能下降 ,从而导致编织基体材料发生磨损 .     

含能材料合成研究进展

本文慨述了含能材料对提高武器系统性能的重大作用以及含能材料合成研究的主要目标。含能材料合成的主要研究领域包括:(1)多硝基芳香族化合物;(2)多硝基脂肪族化合物;(3)多硝基含氟化合物;(4)多硝基氟杂环化合物;(5)多硝基多环笼形化合物;(6)叠氮有机化合物。本文还分别介绍了近年来含能材料合成研究在这些研究领域中的最新进展。     

调整凸轮机构尺寸以减小摆动从动件名义推力的计算方法

本文通过对厚度方向尺度相同的二维相似摆动从动件盘形凸轮机构进行力学分析及数学计算,导出了合理调整凸轮机构尺度的计算公式.按该公式提供的二维相似系数对凸轮机构进行改进设计,可有效地减小摆动从动件的名义推力.本文介绍的方法对摆动从动件盘形凸轮改进设计有参考价值.     

钻井式煤炭地下气化技术的发展及关键力学问题

煤炭地下气化技术是有希望解决我国能源危机的重要手段之一,是煤炭资源高效清洁利用的有效手段之一,是拓展天然气资源实现战略资源接替的有效方法之一。本文通过调研国内外煤炭地下气化技术,将煤炭地下气化技术分为两类,即钻井式技术和巷道式技术,并重点叙述了钻井式煤炭地下气化技术开发模式。钻井式煤炭地下气化技术的发展可分为4个阶段:(1)基础理论研究阶段;(2)钻孔式技术开发模式阶段;(3)不同贯通方法直井钻井开发模式阶段;(4)水平井钻井开发模式阶段。本文分别对钻孔式、直井钻井式以及水平井钻井式等3种煤炭地下气化技术开发模式的技术核心进行了论述。通过对比不同技术开发模式的使用状况,对其优劣进行了评价。在总结煤炭地下气化技术开发模式发展历程的基础上,指出了地下煤气化技术的发展趋势,对我国将要到来的煤炭地下气化商业化开发局面有积极的指导意义。     

小型飞行器空气动力学

对小型飞行器设计中涉及的空 气动力学问题进行了综述.描述了雷诺数和展弦比对固定翼飞行器的设计以及飞行 性能的影响.在低雷诺数飞行范围,翼型上边界层的特性对飞行器的设计尤为关键. 本文讨论了大量有关层流边界层(包括层流分离泡影响)的实验,作为例子,列举了几 个此飞行雷诺数范围的小型低空无人驾驶飞行器(UAVs).此外,对扑动翼推进的理论 模型进行了简述;其范围涵盖了早期的准定常附着流模型,以及后来计及非定常尾涡、 流动分离以及气动弹性等效应的模型.文中还介绍了那些与理论互补并最终导致扑 翼机设计成功的实验.     

仿蝌蚪游动的数值研究

通过求解三维粘性非定常不可压缩流体Navier-Stokes方程组，数值模拟了仿蝌蚪游动时的水动力学特性和流场特征，分析了蝌蚪摆动频率和雷诺数等运动参数和流场条件对蝌蚪游动的影响．此外，探讨了蝌蚪特有的钝体头部以及摆动方式的影响．结果表明，蝌蚪游动时不同的受力状态对应于不同的尾涡结构特征．蝌蚪特殊的运动方式与其特殊的体态特征是相匹配的．     

均匀来流条件下并行排列旗帜耦合运动模式的实验

利用高速摄影技术在低速风洞中记录了不同间距并行排列的两个旗帜在不同来流速度中的耦合运动。利用自编的时间-空间演化图像处理软件分析总结了旗帜的耦合运动模式以及旗帜摆动振幅、频率和St数的变化规律。实验结果显示,随着排列间距和来流速度的变化,两旗帜可能以静止、同向摆动、反向摆动和过渡状态这四种不同的模态耦合运动。两旗帜同向摆动时摆动频率明显低于单个旗帜在相同来流中的值,反向摆动时情况相反。在过渡状态中两旗帜摆动的振幅交替增减并且运动中同时包含有两个频率,而同向和反向摆动都是单频率的运动。     

小长高比腔体内的摆动行波

通过流体力学基本方程组的数值模拟,探讨了具有Soret效应(分离比ψ=?0.47)和小长高比(Γ=8)腔体中混合流体摆动行波对流的动力学特性。研究表明:在相对瑞利数r3.467时系统出现了行波状态;在r=3.647～6.227的范围内,发现了摆动行波对流;且对流振幅随着时间的变化存在两种不同特性,其摆动周期随瑞利数r增大而减小,对流振幅和努塞尔数随瑞利数r增大而增加;当r增大到r=6.228时,摆动行波过渡到定常对流状态。因此,在行波对流向定常对流过渡的过程中存在摆动行波对流.     

聚四氟乙烯/聚苯硫醚织物自润滑关节轴承的摩擦学性能

制备了两种聚四氟乙烯(PTFE)/聚苯硫醚(PPS)织物衬垫自润滑关节轴承.在径向载荷为35 kN,摆动频率为2.5 Hz工况下,利用关节轴承试验机对其摩擦学性能进行了研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对其摩擦面的微观形貌和磨损机理进行了研究.结果表明:PTFE/PPS短纤维关节轴承表现出良好的摩擦学性能,其耐磨性和PTFE转移膜面积比PTFE/PPS长丝纤维关节轴承高22.9%和69.7%.PTFE/PPS短纤维关节轴承的磨损机理主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损,PTFE/PPS长丝纤维关节轴承的磨损机理主要为严重的黏着磨损和磨粒磨损.     

压气机近失速点旋涡流场时空演化分析

为了探索轴流压气机内旋涡流场的时空演化特征, 对一台压气机转子的流场进行了时间精确的数值模拟. 通过对转子不同轴向位置的流量分析发现, 在压气机近失速工况附近, 压气机进口流量波动约为最大流量的2%. 对旋涡流场的进一步分析发现, 叶片尾缘附近吸力面的旋涡流场摆动是导致压气机进口流量波动的主要原因.      

多个柔性梁V型集群行为节能机理研究

V型排列是自然界中常见的动物(如大雁等迁徙性鸟类)集群模式, 普遍推测该模式可以有效地降低能耗, 然而目前没有研究给出相关的直接数据证据. 开展其节能机理研究有助于提升对集群自然现象的认知水平, 为集群仿生应用打下基础. 本文采用基于Fluent二次开发的数值方法求解多个柔性体?流体介质相互作用的流固耦合问题, 其中流体动力学方程采用有限体积法进行求解, 柔性体动力学控制方程通过用户自定义模块(UDF)嵌入, 并采用模态叠加法和4阶龙格库塔法求解, 流固交界面形变使用动网格技术处理. 实现了多个自推进二维柔性梁自主形成V型集群运动过程的数值模拟, 并将得到的推进性能参数(平均速度, 输入功率和效率)与单独自推进柔性体的数据进行对比. 研究发现: 该V型集群运动中不仅后排柔性梁的速度和推进效率得到提升, 领头柔性梁性能也得到大幅提升, 增幅均超过14%. 此外, 对V型集群运动的流场细节(涡量和压力云图)开展分析, 揭示了多柔性梁V型集群行为产生的原因和节能的内在机理, 特别是对领头柔性梁的节能机理进行了阐述.