水下亚声速细长锥型射弹超空泡流的数值计算方法

采用理想可压缩流体无旋定常流动及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于水动力学势流理论及细长体理论,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。发展了求解该方程的数值离散方法,提出多种超空泡外形初始解,分析了它们对超空泡形态计算结果的影响,优化了计算过程,简化了初始迭代条件。分析了流体压缩性对超空泡流动参数的影响,当马赫数大于0.3时,超空泡外形、射弹表面压力系数及射弹运动压差阻力系数均明显增大。计算得到的超空泡流动参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好。     

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。     

水下超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,建立了描述水下超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二阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度.分析了超声速射弹高速冲击条件下流体压缩性对超空泡形态的影响.流体压...     

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。     

水下高速射弹超空泡运动建模与仿真

建立并简化了水下高速射弹动力学和运动学模型。基于空泡模型假设和空泡截面独立扩张原理,确定了空化数与速度、深度的耦合计算关系;定义了水下射弹尾翼穿刺前的临界空化数;对水下高速射弹弹道特性进行了仿真研究。仿真计算结果表明：水下射弹有效射程受初始入射角影响较大;随着初始入射角的增大,有效射程逐渐减小;提升初速度可以带来有效射程的增大,但增幅效果不显著,在满足预定指标条件下应合理选择初速度;初始攻角对射弹弹道散布影响较大,初始角速度对其影响很小,但较大的初始角速度会带来明显的攻角变化。     

随机参数超空泡射弹的动力稳定性和可靠性

针对轴向随机载荷作用下超空泡射弹结构的动力不稳定问题,建立超空泡射弹结构动力偏微分方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算。考虑射弹结构参数随机性的影响,采用随机因子法求出随机参数射弹结构的动力不稳定区域边界,利用求解随机变量数字特征的代数综合法,推导出动力不稳定区域边界的均值和方差。在此基础上,对结构的非概率可靠性进行了分析,并讨论了参数的随机性对射弹结构动力不稳定性和非概率可靠性的影响。数值模拟结果表明,参数的随机性对射弹动力不稳定区域边界和非概率可靠性有一定的影响,其中,几何参数的随机性对射弹结构动力稳定性及可靠性影响较大。     

随机参数超空泡射弹弹道随机特性分析

超空泡射弹的发射装置及射弹在制造,安装过程中存在各种不确定性.本文采用最大熵法来分析这些不确定性对射弹弹道的影响.介绍了超空泡射弹的动力学模型,对射弹的受力特性和随机参数进行了分析.根据给出的理论编制了基于最大熵法的随机参数超空泡射弹弹道随机特性分析的仿真程序,并对一个模型弹仿真计算.计算表明,与发射装置有关的随机参数...     

基于耗能模型的超空泡射弹水下侵彻鱼雷等效关系研究

超空泡射弹是水下防御技术的研究热点之一。水下毁伤试验费用大,成本高,陆上等效试验是一种可能的替代方案。为此需要获得水下超空泡射弹侵彻条件下目标与相关材料的等效关系。以MK48-5鱼雷为对象,构建由壳体和14个关键部件组成的典型鱼雷结构模型。考虑水介质对侵彻的影响,将水下超空泡射弹侵彻鱼雷的过程分为两个阶段（a. 射弹侵彻水介质和鱼雷壳体,b. 射弹侵彻鱼雷内部关键部件）;建立水介质耗能模型和靶板耗能模型;依据极限穿透速度等效原则和能量等效原则,分别得出两个阶段目标和等效靶之间的靶板厚度关系;为了获得射弹垂直命中鱼雷不同方向及不同工况毁伤效果,需要对纵向侵彻全雷和横向侵彻鱼雷战雷段、控制段、燃料舱和后舱雷尾4个典型舱段分别进行研究;并基于此建立了水下侵彻和不同工况条件下射弹侵彻鱼雷的多层等效靶模型。     

基于双向流固耦合的超空泡射弹入水研究

超空泡射弹通过超空泡减阻技术在水下高速长距离航行, 是对抗水下近距离威胁的有效手段. 为了扩大防御范围、增加杀伤力, 超空泡射弹具有很高的发射速度. 高速超空泡射弹在入水时中受到极大的冲击载荷, 发生显著的结构变形, 结构变形与流场之间存在相互影响和作用, 常规的基于刚体假设的仿真研究方法不再适用. 为了研究高速超空泡射弹入水过程中的结构变形及其对流体动力特性的影响, 通过耦合流体力学求解器和结构动力学求解器, 建立了射弹高速入水双向流固耦合仿真模型, 并通过与文献中的试验结果进行对比验证了该模型空泡形态计算方法和耦合方法的准确性. 使用双向流固耦合的方法对高速射弹在不同初始攻角入水过程中的超空泡流动特性及结构变形特性进行了数值模拟研究, 通过对比流固耦合模型与刚体模型的计算结果, 得到了超空泡射弹的结构弯曲变形对流体动力载荷的影响. 研究结果表明: 高速射弹入水过程中流固耦合效应对超空泡流型及流体动力载荷的计算结果有显著影响; 本文所研究的射弹在考虑流固耦合效应, 带攻角垂直入水两倍弹长的范围内, 超空泡射弹的流体动力载荷与弯曲变形之间形成正反馈; 高速超空泡射弹在入水过程中受到的流体动力载荷及弹体应力应变随入水初始攻角的增加显著增大, 研究对象在初速1400m/s的条件下入水时, 当初始攻角不超过2°时不存在结构安全性问题.      

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。     

CONSTRUCTION OF MODIFIED TAYLOR－GALERKIN FINITE ELEMENTS AND ITS APPLICATION IN COMPRESSIBLE FLOW COMPUTATION

ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＯＦＭＯＤＩＦＩＥＤＴＡＹＬＯＲ－ＧＡＬＥＲＫＩＮＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴＳＡＮＤＩＴＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＩＮＣＯＭＰＲＥＳＳＩＢＬＥＦＬＯＷＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＯＦＭＯＤＩＦＩＥＤＴＡＹＬＯＲ...     

Acoustic upwinding for sub‐ and super‐sonic turbulent channel flow at low Reynolds number

A recently developed asymmetric implicit fifth‐order scheme with acoustic upwinding for the spatial discretization for the characteristic waves is applied to the fully compressible, viscous and non‐stationary Navier–Stokes equations for sub‐ and super‐sonic, mildly turbulent, channel flow (Re_τ=360). For a Mach number of 0.1, results are presented for uniform (32³, 64³ and 128³) and non‐uniform (expanding wall‐normal, 32³ and 64³) grids and compared to the (incompressible) reference solution found in (J. Fluid. Mech. 1987; 177 :133–166). The results for uniform grids on 128³ and 64³ nodes show high resemblance with the reference solution. Expanding grids are applied on 64³‐ and 32³‐node grids. The capability of the proposed technique to solve compressible flow is first demonstrated by increasing the Mach number to 0.3, 0.6 and 0.9 for isentropic flow on the uniform 64³‐grid. Next, the flow speed is increased to Ma=2. The results for the isothermal‐wall supersonic flows give very good agreement with known literature results. The velocity field, the temperature and their fluctuations are well resolved. This means that in all presented (sub‐ and super‐sonic) cases, the combination of acoustic upwinding and the asymmetric high‐order scheme provides sufficient high wave‐number damping and low wave‐number accuracy to give numerically stable and accurate results. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

运动物体与运动激波干扰流场特性数值研究

用数值方法求解非定常可压缩Navier—Stokes方程,模拟了运动物体分别以超声速和亚声速穿越激波的全过程。在这两种情况下,激波都是从高压区运动到低压区,阻力急剧地减小,但在亚声速情况下,会在物体上产生不对称力和力矩,导致运动物体的不稳定。     

Numerical simulations of sloshing and suppressing sloshing using the optimization technology method

Sloshing is a common phenomenon in nature and industry, and it is important in many fields, such as marine engineering and aerospace engineering. To reduce the sloshing load on the side walls, the topology optimization and optimal control methods are used to design the shape of the board, which is fixed in the middle of the tank. The results show that the new board shape, which is designed via topology optimization, can significantly reduce the sloshing load on the side wall.     

A Universal Variational Formulation for Two Dimensional Fluid Mechanics

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎ 50’ｓ,ｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓｈａｄｂｅｅｎｍａｄｅｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｎｓｏｌｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｗｉｔｈＨｕ＿Ｗａｓｈｉｚｕｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ(ＧＶＰ) [1]ａｓｍｉｌｅｓｔｏｎｅ ,ａｎｄｉｎｆｌｕｉｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｗｉｔｈＣ .Ｃ .Ｌｉｎ’ｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｓ[2 ]ａｓｍｉｌｅｓｔｏｎｅ .Ｉｎ 80’ｓ,ＣｈｉｅｎＷｅｉ＿ｚａｎｇｄｅｄｕｃｅｄａｍｏｒｅｇｅｎｅｒａｌ…     

横向三维化学反应流动数值模拟

对一个三维化学反应流程序作了改进,使之适应于模拟带横向碘蒸汽注入的COIL(化学氧碘激光)喷管流动.其中,主副气流的入流边界条件的改进是基本的,重要的.这里,入流边界附近的气体流动被视为一维均熵流动,用双曲方程的特征理论,分析以流量作变量的EULER方程的特征关系,用特征方法数值求解简化的特征方程,从而确定亚声速(跨声速)流动边界点的入流密度或速度.对相关文献提供的算例的计算,佐证了程序改进的有效性.对氮气作载气的条件也作了模拟,得出了与氦气条件不同的流动特征与增益分布特征.     

流体可压缩性对Rayleigh-Taylor不稳定性影响机理分析

在等熵方程为压力是密度的任意单值函数形式情况下 ,分析了R T(Rayleigh Taylor)不稳定性中流体可压缩性的作用。在没有边界效应的条件下所作的分析表明 :在重力场作用下流体可压缩性形成的密度分布是R T不稳定性中的致稳因素 ,而扰动流体的膨胀 (收缩 )效应助长R T不稳定性的发展 ;上层重流体的可压缩性是稳定因素 ,而下层轻流体的可压缩性是失稳因素。从扰动发展驱动力和扰动带动的等效质量两个方面对该结论的物理机制进行了分析。