论球库对系留气球必要性

通过分析气象环境中大风、冰雪、雷电对系留气球的影响,得出了恶劣的气象环境下,系留气球使用可用度下降,球体寿命变短,氦气透氦率增加。在综合国内外气球生产厂房的基础上,得出球库建造的可行性,还分析了建造球库的经济性,认为建造球库是完全可行的,经济上也完全是可以承受的。建设球库,能使系留气球有效规避恶劣天气,提高系留气球的可用度和寿命,保护设备和工作人员的安全。     

系留气球整流罩散热数值仿真

目的解决系留气球整流罩散热设计问题。方法通过建立三维几何和离散模型,利用FLUENT开展热-流数值仿真计算,结合编制UDF同时实现整流罩外部对流、外部太阳辐射和内部对流、内部红外辐射和内部热源的实时耦合计算(双向耦合)。筛选环境最严酷状态(风速、温度和太阳辐射),对系留气球整流罩在3000 m和6000 m高度的散热性能进行分析。结果按最严酷状态进行分析后,在3000 m和6000 m工作高度,必须引入外界空气向整流罩内强制通风对流,才能保证任务设备工作环境要求。升空后,由于环境温度下降,整流罩散热增加,任务设备(雷达)散热所需引入外界通风量减少。3000 m^-3 m/s工况下,在整流罩进气口质量流量为1.0 kg/s时,整流罩内部维持在39~40℃;6000 m^-3 m/s工况下,在整流罩进气口质量流量为0.5 kg/s时,整流罩内部维持在25.5~26℃。整流罩上强制通风进气口应布设在任务设备发热部件下方,同时在整流罩上部和后部开设专用排气口,保证整流罩内部空气流通。结论双向耦合计算方法可快速获取系留气球整流罩在各状态条件下的散热详情,为整流罩散热设计及内部任务设备的热设计提供详实设计依据,相比工程估算和单向耦合更加贴近实际状态,计算精度更高。双向耦合计算方法和仿真数据可为同类型系留气球整流罩散热设计提供参考。     

系留气球囊体材料快速老化试验研究

目的估算某系留气球在某地区的使用寿命。方法分析环境因素对系留气球的影响,确定采用太阳辐射快速老化的方法对囊体材料开展老化试验研究,时间为3000 h。采用等时间间隔法对试验件进行测试,间隔时间为375 h,测试9次,每组试验件为5件,试验数据采用5个试验件的平均值。对老化前后囊体材料的表面状况、拉伸强度、拉伸强度变化率及断裂伸长率进行分析。结果试验之后,囊体材料表面发黄,有粉末状的颗粒,拉伸强度为395.2N/cm,下降了56.01%,断裂伸长率在3.9%～7.7%间波动变化。将实验室老化辐射量等同于室外紫外辐射量,根据室外紫外辐射量约占室外自然老化太阳辐射总量8%及某地区全年太阳辐射总量,估算囊体材料的实验室老化相当于室外自然老化的年限,结合囊体材料设计限制条件,评估出了系留气球的使用寿命。结论通过太阳辐射快速老化的方法对囊体材料开展老化试验研究,可估算出某系留气球在某地区的使用寿命。     

浅析独立C型货舱设置制荡舱壁的必要性

本文分析了液货船制荡舱壁的研究现状及规范要求,以某小型LNG船为例,通过经验公式计算了在各种装载水平下的液货自然晃荡频率,以及在不同纵摇系数下的船舶纵摇频率。经过比较分析,认为在部分装载状态下,其自然振荡周期有可能与船舶的纵摇周期相接近,对货舱产生较大的冲击影响,故设置制荡舱壁是必要的。     

系留气球垂直观测平台的构建与应用

利用1 600 m~3车载系留气球,构建大气复合型污染垂直观测平台。利用该平台对近地大气边界层的多种气象要素、多种污染物浓度水平及其物理化学特性进行高分辨的垂直测量,用以研究大气边界层的形成和演变及大气污染物垂直分布和变化特征、大气光化学过程的垂直变化以及污染物的区域输送。该平台以0.5 m/s的速度进行升降,于2013年12月在上海成功应用于大气污染垂直观测,观测中共获取大气污染物有效廓线50余组。利用观测数据,初步探索上海近地层复合型大气污染的生消机制及大气污染物垂直分布特征,为上海市空气污染预警和防控对策机制的制定提供技术支撑。     

重复碰撞载荷下加筋板结构的动态响应研究

目的 探究船体加筋板结构在受到重复碰撞载荷作用下塑性变形的累计趋势,分析加筋板主要参数对损伤演化过程的影响,揭示高速、重复冲击下船体加筋结构的变化机理。方法 以一纵三肋加筋板为研究对象,建立基于能量法的刚塑性加筋板动态变形计算方法,以及基于Johnson-Cook本构关系的数值模拟方法,开展不同板架厚度、冲击能量以及冲击尺寸等参数对加筋板变形演化影响的研究。结果 对比分析了理论模型和数值方法,获得了不同参数下的加筋板的结构损伤演化规律。结论 理论解和数值解较为吻合。冲击能量增加后,加筋板的塑性变形量、塑性变形累积速度也随之增加。载荷集中程度越大,对于碰撞边界的破坏效应越大。     

舰船摇摆对导弹发射出筒姿态的影响

目的确保发射安全性和为外弹道稳健性设计提供准确的初始出筒姿态参数。方法用发射动力学建模与仿真技术来研究舰船摇摆对导弹发射出筒姿态的影响。基于同心筒发射系统的拓扑结构,建立其刚柔耦合多体动力学虚拟样机模型。采用Craig-Bampton模态综合方法构建发射筒和导弹的柔性体模型,采用非线性弹簧阻尼模拟导弹与发射筒之间的接触碰撞,基于发动机试车试验数据,采用AKIMA插值方法构建发动机推力模型,根据舰船运动参数,采用正弦函数模拟舰船的横摇、纵摇和垂荡运动。结果基于建好的模型研究了多种舰船摇摆工况对同心筒发射导弹出筒姿态的影响,获得了相关难于测量的关键设计参数数值。结论合理的滑块间距和海浪等级可确保同心筒发射系统的发射安全。研究结果对同心筒发射系统设计具有重要的工程价值。     

气囊回收系统的着陆适应性仿真分析

目的提出一种气囊着陆缓冲等效分析方法,将有限元仿真和理论分析相结合,借助理论分析的优点实现对气囊回收系统着陆缓冲冲击性能快速评估的目的。方法首先建立气囊有限元模型,通过有限元分析获得载荷-压缩量曲线,根据曲线拟合出接触载荷与气囊压缩量的关系式。同时,利用高斯函数模拟斜坡,考虑一质量块和气囊以一定初速度竖直向下撞击到该坡面上,只考虑坡度大小和表面粗糙度对气囊冲击载荷的影响。最后,利用中心差分法计算出质量块的位移、速度以及加速度。结果在撞击点的坡度为0°,20.27°和31.24°时,得到理论的水平方向和竖直方向上的最大过载,与仿真输出的结果进行对照,在误差允许的范围内,理论与仿真结果一致。分析比较不同撞击点的坡度下水平和竖直方向最大过载以及气囊离开地面时的角速度。当撞击点坡度为0°时,水平方向最大过载为0,随着撞击点坡度增大,水平方向的最大过载逐渐增大;竖直方向最大过载的值最大,为224.5 m/s2,随着撞击点坡度增大,竖直方向的最大过载逐渐减小。当撞击点坡度为0°时,角速度为0,气囊离开地面时的角速度逐渐增大,其增幅在0°到20°之间较大。结论气囊着陆缓冲等效分析方法计算得到的结果与仿真得到的结果相一致,验证了该理论计算方法的有效性,因此可以利用该方法对缓冲气囊的冲击性能进行快速评估。     

入水角度对球体高速入水空泡特性影响研究

目的 针对球体高速入水过程中空泡的演化过程及运动特性展开研究,为弹体入水或空投鱼雷入水提供理论参考。方法 基于试验与数值模拟,主要讨论入水角度对球体高速入水过程中空泡生成、闭合、溃灭以及运动特性。结果 在球体入水过程中,根据入水空泡的形态特征,可以将入水过程分为入水冲击、空泡形成、空泡闭合和空泡溃灭4个阶段。在入水冲击阶段,球体头部承受的压力最大,且随着入水角度的减小,冲击阶段球体头部压力逐渐减小。在空泡闭合后,空泡的截面面积随着入水角度的增大而减小。在溃灭阶段,由于空泡溃灭夹断,会产生回射流,回射流的强度随着入水角度的减小而减小。在球体入水角度为30°时,溃灭夹断不会产生回射流。此外,球体以不同角度入水时,球体在水下的运动轨迹会发生不同程度的偏离,偏离程度随着入水角度的增大而减小,垂直入水时几乎未发生偏离。结论 入水角度对球体高速入水过程中空泡的演化过程及运动特性有较大影响,入水角度越小,球体入水后空泡截面积越大,总流动阻力系数Cd越大,且球体运动轨迹偏离越严重。     

舰载飞机弹射动力学仿真与试验验证

目的获取舰载飞机弹射过程中冲击动载荷在结构上的响应规律,以及前起落架和与其连接的机体主传力结构的动响应特性。方法基于多体系统动力学理论,建立描述舰载机弹射过程的刚柔耦合多体系统动力学模型,对弹射过程进行仿真分析。同时开展地面模拟弹射冲击试验,通过仿真和试验对照,重点研究牵制载荷突卸瞬间结构的动态响应规律。结果仿真和试验得到结构传力路径各点的加速度和应力响应数据,试验测得机体结构加速度峰值达到255g,而同位置的应力峰值为85 MPa,仿真和试验数据的趋势一致。结论牵制载荷突卸形成的冲击动响应峰值沿着结构传力路径衰减。航向加速度和应力响应峰值随着牵制释放载荷的增加而增加。虽然瞬态加速度峰值达到较高水平,但是瞬态作用机体结构的应力峰值不高,不足以造成结构失效。结构设计应重点关注弹射冲击响应峰值和振动疲劳的影响。     

系留气球备件需求确定方法研究

目的确保系留气球保障性,提高其使用效率。方法针对系留气球的特点,研究运用保障性分析法和相似产品法预测备件品种,采用相似经验法、按比例供应法和模型计算法确定备件需求量,得出一套预测系留气球备件品种和数量的程序和方法,并给出计算实例。结果系留气球备件的配置应首先确定备件的品种,在此基础上确定备件需求量,并配置在相应的维修级别。结论该系留气球备件的预测程序和方法适用于工程实际,可以应用于系留气球的保障性分析。     

海工装备系泊缆索拉力监测技术与装置研究

目的 研究缆索拉力的实时监测技术和装置,以保障海工装备的系泊安全。方法 以导向滑轮的主承力构件滑轮轴为研究对象,在保证结构强度的前提下,对滑轮轴结构进行改造,研制缆索拉力监测新结构新装置,将求解大径长比滑轮轴剪力问题转化为测量局部特征点的单向变形,并通过实尺度试验得到标定系数,间接推算缆索拉力,将试验数据与有限元计算结果进行对比,验证监测方法的可行性和精确度。结果 经过仿真分析与试验标定表明,滑轮轴特征点的变形与缆索拉力之间存在线性关系,以缆索拉力280 kN为界,可分段线性拟合缆索拉力标定系数,测点1系数为0.312 4和0.137 6,测点2系数为0.2699和0.098 2。结论 本文研究的监测技术和装置能够较为准确地监测海工装备系泊缆索的实时拉力,兼具高可靠性、低成本、易实施的特点。     

基于ADAMS的转膛机构滑板优化分析

目的设计一种合适的滑板曲线槽,以提高转膛体稳定性。方法应用凸轮机构运动原理,以滑板为主动件,转膛体滚轮为从动件,通过类比不同类型的曲线槽,对比其加速度、速度变化规律,选择加速度无突变、没有刚性冲击及柔性冲击的五次多项式运动规律进行设计。在三维软件中绘制好三维模型后,对其进行运动学仿真分析,对比转膛体滚轮在传统曲线槽与该种曲线槽约束下转膛体的运动稳定性。结果滑板曲线槽在运用五次多项式运动规律进行设计后,转膛体的运动稳定性得以提升,其中,角速度峰值由1479.76 (°)/s降到了1023.70 (°)/s,降低了30.82%;角加速度峰值由3.3×105 (°)/s降到了1.58×105 (°)/s,降低了52.12%。结论应用五次多项式运动规律的曲线槽对提高转膛体运动稳定性有明显作用,为滑板的设计提供了参考。     

舰船波浪载荷响应特性及砰击载荷影响因素分析

目的 获取波浪载荷特征,提供准确的设计载荷输入,为舰船结构设计服务。方法 采用波浪载荷水池模型试验和理论预报对比的方法,给出波浪载荷传递函数响应曲线,验证理论预报结果的正确性。基于长期预报结果,分析波浪载荷沿船长的分布规律,通过改变超越概率和舰船装载状态,研究二者对波浪载荷的影响。基于模型试验结果,阐释航速引起的砰击弯矩的变化规律。之后,通过改变舷侧外伸平台的宽度、角度、高度等参数,分析参数变化对砰击载荷的影响,揭示波浪载荷的变化规律。结果 模型试验结果同理论预报结果吻合较好。垂向剪力、扭矩长期预报结果沿船长呈现双峰值形状,垂向弯矩和水平弯矩长期预报结果沿船长呈现抛物线形状,波浪载荷长期预报结果随超越概率呈大致线性变化关系。大波高、高航速试验工况下,船体弯矩呈现特别明显的非线性特征,舷侧外伸平台宽度越大、角度越小、高度越低,砰击载荷就越严重。结论 波高、航速等对砰击弯矩的影响显著,舰船在使用过程中,若要减少砰击的发生,可考虑规避大浪和主动减速。在舰船结构设计阶段,若要减小舷侧外伸平台产生的砰击载荷分量,应从平台的大小、位置、角度等参数的设计确定入手。     

Aerosol sampling at small forward-facing angles: differentiation of yaw from pitch

When sampling aerosols in ambient or industrial air environments with an inlet, small changes in wind direction or physical constraints in positioning the inlet in the system necessitate the assessment of sampling efficiency in both the vertical and horizontal planes at small angles. In this study we have experimentally investigated the overall sampling efficiency of tubular sharp-edged inlets in yaw (horizontal plane) and pitch (vertival plane) orientations at 0–20° from horizontal aerosol flows. We have developed a model for the overall sampling efficiency at yaw and pitch by extending our previously developed model for pitch to yaw based on our new wind tunnel data. In our model, the difference between yaw and pitch is expressed by the effect of gravity on the wall impaction process inside the inlet described by a gravity effect angle. At yaw, the gravity effect on the wall impaction process does not change with sampling angle. At pitch, the gravity effect on the impaction process results in particle loss increase for upward and decrease for downward sampling. A new relationship has been developed between the gravity effect and physical sampling angles.Using our model, we have developed graphical representations for aerosol sampling at small angles. These can be used in the field to determine the overall sampling efficiency of inlets at several operating conditions and the operating conditions that results in an acceptable sampling error. Pitch and diameter factors have been introduced for relating the efficiency values over a wide range of operating conditions to those of a reference condition. The pitch factor determines the overall sampling efficiency at pitch from yaw values, and the diameter factor determines the overall sampling efficiency at different inlet diameters.     

使用与维修工作分析在系留气球研制中的应用

目的确保系留气球在使用与维修过程中能提供与其相匹配的保障资源。方法根据使用与维修工作分析的特点,分别采用确定保障工作项目、细化保障工作、确定保障资源、汇总资源的步骤进行分析,最后进行综合分析确定系留气球所需的保障资源。结果通过该方法在实际研制型号中的运用,给出了系留气球使用与维修工作分析的流程、数据记录、以及保障资源汇总的具体要求和方法。结论使用与维修工作分析可解决系留气球所需保障资源配置的合理性与科学性,适用于工程实际。     

低温极端载荷作用下船艏结构损伤演化过程研究

目的 掌握船舶在极地低温极端环境中航行时,船舶艏部结构遭遇冰山等极端载荷作用下的主要参数对结构损伤演化过程的影响,揭示船舶艏部结构的失效机理。方法 以船舶艏部结构为研究对象,基于数值仿真方法,开展不同碰撞场景、环境温度、撞击速度、冰体塑性应变、船体材料本构模型、撞击角度等参数对结构损伤的影响研究。结果 建立了数值仿真简化模型,获得了不同参数对结构损伤的影响规律。结论 材料模型对船体结构损伤的影响较小。随着航速增加、撞击角度增大,船体损伤范围增大。随着船体材料性能增强,撞击区刚度增大,船体结构损伤范围减小。形成的损伤演化模拟方法可为极地极端环境下船舶结构损伤演化分析提供技术手段。