舰面设备可靠性试验工程实践

目的开展舰面设备可靠性试验工程实践。方法在舰面设备研制阶段,策划提出关键单机与系统相结合的可靠性试验方案。结果快速提高舰面设备的系统可靠性。结论近几年多个型号舰面设备的可靠性试验工程实践,有效促进了海军导弹武器系统的整体可靠性水平的提高,为其他舰面设备的可靠性工程提供参考。     

舰面设备环境可靠性试验技术综述

首先介绍了舰面设备环境可靠性的早期发展情况,其环境可靠性试验极不充分,主要依据各种数据评估设备的可靠性。其次叙述了舰面设备环境可靠性试验的近年来的发展过程及现状,其环境可靠性试验技术得到了长足的发展,着重介绍了当前的单机级产品与系统级产品相结合的环境可靠性试验技术以及高可靠产品的加速可靠性试验技术。最后总结了当前舰面设备环境可靠性试验技术的不足之处,并给出了相应的建议,为舰面设备的后续环境可靠性试验工作提供参考。     

基于PAM-CRASH的飞机着舰拦阻系统动力学仿真分析

目的研究拦阻和着舰过程中拦阻钩的动态响应,为拦阻钩的多冲动力学分析提供依据。方法运用PAM-CRASH软件建立着舰拦阻冲击动力学的有限元模型,将整个过程分解为着舰和拦阻两个不同的阶段,考虑柔性体的建模方法。结果通过仿真分析,得到拦阻着舰过程中响应最大的位置,得到绳索拦阻的最大载荷。结论针对飞机拦阻钩结构动力学模型,就其啮合过程进行了动力学仿真,考虑飞机的航向及下沉速度综合作用下拦阻绳索的动态响应,探索了柔性拦阻绳索结构的动力学模拟方式。     

耐久性仿真试验在直升机上的应用研究

目的研究适用于直升机型号研制的耐久性仿真试验方法。方法在对常规耐久性仿真试验方法进行研究总结的基础上,针对直升机特点阐述适用于直升机研制的耐久性仿真试验方法的一般流程及实施步骤,并将其应用于某直升机型号机载产品的具体案例中。结果利用文中提出的耐久性仿真试验方法有效地发现了该直升机机载产品研制中的耐久性设计薄弱环节,且操作流程和实施步骤简单易行。结论所提出的耐久性仿真试验方法在直升机上应用具有较高的有效性和可行性,可以推广到直升机型号研制的实际工程应用中。     

舰用武器装备环境工程实施探讨

针对舰用武器装备经受“三高一多”的恶劣海洋环境特点,介绍了环境工程在舰用武器装备研制过程中的实施途径,包括环境工程管理,环境适应性分析、设计和试验等工作的重点,最后提出了收集环境信息、完善维护细则和进行环境整体防护等环境工程工作的建议。     

车辆舱室流动传热及温度场分析

目的全面获得车舱流动传热分析的流场和温度场分布。方法以某车辆舱室为研究对象,对车舱进行合理简化,建立空气流动与传热的计算流体力学(CFD)模型。针对车舱内温度分布特点,采用标准的κ-ε湍流模型描述舱内的空气流动,利用FLUENT软件对车舱在太阳辐射下进行温度场仿真研究。结果得到了温度场的分布与车载运行时间的变化规律,并利用实车跑车试验结果与仿真结果进行了对比,对比最大误差约为12%。结论随着外部环境温度的升高,车舱内部温度均呈现梯度变化,不同位置温度差异最大为5℃。CFD能为计算和预测温度场分布提供有效的技术支持。     

旋翼结冰对直升机悬停性能影响的数值分析

目的 研究旋翼结冰对直升机悬停性能的影响。方法 选取具有充分试验数据的UH-1H直升机为算例,采用Fluent计算旋翼流场,将收敛后的流场文件导入Fensap-ICE中进行水滴撞击和结冰计算,得到结冰后的旋翼外形后,再采用Fluent计算旋翼流场,从而分析旋翼结冰对直升机悬停性能的影响。结果 通过改变结冰条件,分析了不同结冰条件对直升机悬停效率的影响,表明旋翼结冰会显著降低直升机的悬停效率,且随着结冰时间、水滴平均直径(MVD)和液态水含量(LWC)的增大,直升机的悬停效率逐渐降低。结论 不同结冰条件对直升机悬停效率下降趋势的影响不同,随着结冰时间的增大,悬停效率基本呈线性下降,而随着MVD和LWC的增大,悬停效率的下降趋势逐渐变缓,下降幅度逐渐减小。     

两栖装备入舰引导系统方案研究

目的针对两栖装备上下登陆舰时自动化程度低、无法全天候实施的问题,提高恶劣海况和黑夜条件下的登舰作业能力,提出一种两栖装备入舰引导系统设计方案。方法依托装备再制造升级技术手段,通过水下探测器接收登陆舰发射的超声波定位脉冲信号,获得装备相对位置和路线规划信息,有效规避航线水下障碍物,提高装备登舰的准确度和效率。结果针对系统发出的超声波信号部分被水下超声接收器接收的情况,对海水、海洋环境噪声和海洋混响等因素对声波信号传输特性的影响展开研究,重点分析了浅海海域的季节性声速剖面、传播过程中的声强损失,对海洋环境噪声、海底和海面的等效平面波混响级进行数学建模,通过静态和动态试验,验证了模型推导的准确性和数据的可靠性。结论通过浅海多径传播信号合成模型和双路径传播的信号衰减模式的推导,为求解声波传播模型的波动方程奠定了基础。     

多舰平台间雷达电磁环境预测研究

阐述了多舰平台间雷达电磁环境预测方法,建立了多舰间雷达综合近远场、波束空间、综合场功率密度的数学模型,并以此开发了基于模块化设计思想和面向对象程序设计范型的多舰间雷达电磁环境预测分析软件,为舰船电磁兼容评估技术研究提供了技术支撑。     

基于代理模型的制导子弹气动外形优化设计

目的 针对传统气动外形优化设计依赖于高精度仿真耗时过长的问题，为有效提高气动优化设计的效率，提出一种基于代理模型的气动外形优化方法。方法 以12.7 mm制导子弹为研究对象，通过CFD仿真，分析尾翼收缩段长度、弹底半径和尾翼收缩扩张段交界处半径对制导子弹飞行过程中阻力系数的影响。基于代理模型技术，综合运用试验设计、参数化建模、CFD技术和四阶响应面模型，构建制导子弹气动外形优化设计代理模型，以制导子弹飞行过程中的最小阻力系数为优化目标，结合遗传算法对制导子弹外形参数进行优化。结果 对比四阶多项式响应面和Kriging模型建立的代理模型预测精度，与测试样本点CFD仿真计算结果相比，四阶响应面代理模型阻力系数预测值的平均误差为0.386%。表明四阶响应面代理模型能够有效替代CFD仿真，可用于预测不同外形参数下制导子弹的阻力系数。结论 相对于最初的制导子弹外形，制导子弹的阻力系数下降了14.59%，有效减少子弹飞行过程中的能量损失和缩短了优化时长。该方法在保证精度的前提下，减少了制导子弹的设计周期，为相关工程应用与研究提供了一定的参考。     

某海外项目应急机排烟扩散对直升机起降影响分析

目的对某海外海洋平台的直升机甲板上空直升机起降存在的风险进行分析。方法对比分析国内外的标准规范,确定以CAP437为直升机起降的量化衡量指标,在此基础上利用数值模拟软件对影响直升机起降的两个主要因素,温度场和湍流场进行模拟分析。结果无论是温升,还是湍流强度都不会对直升机的起降造成影响。结论该海外海洋平台上直升机甲板的不可用概率为0。同时确认此平台柴油应急机的烟气排放,及空调冷凝单元气体排放位置设置合理。     

基于污染物临界粘附力的超滤动态过程的CFD模拟

针对膜污染的动态变化问题,通过计算流体力学(CFD)手段建立了中空纤维膜的二维轴对称模型,综合考虑了污染物间粘附力及水流剪切力的影响,提出有效剪切应力的概念,在模型中耦合了变形几何、自由多孔介质流动及稀物质传递3种物理场,将污染物法向积累、切向有效剪切与污染物界面处的网格速度相关联,建立了膜面污染物截留的动态模型.依据死端过滤与错流过滤的实验数据,确定出模型的匹配参数.在此基础上,研究了不同进给方式(连续流与脉冲流)对膜面污染物的影响.模拟结果表明,当水流剪切力足以克服污染物的临界粘附力时,可对膜面污染物起冲刷作用;与连续流相比,脉冲流具有更高的有效剪切速率,在对膜面污染物的冲刷作用方面更具优势.     

用于直升机舱内降噪的主减支撑吸振技术研究

目的 通过控制主减速器结构声,进一步实现直升机舱内降噪。方法 在主减支撑结构上进行吸振设计,从根源上抑制齿轮振动向机身传播。基于某直升机,利用传递矩阵法,建立支撑结构/吸振器的动力学模型,进一步结合有限元法建立支撑结构/舱段结构/声场的声振耦合系统动力学模型,验证该技术的中高频减振和降噪性能。在此基础上,分析吸振频率、质量和阻尼对支撑结构振动传递特性的影响规律。根据某直升机的降噪需求,设计得到一组满足需求的样例参数,并开展声振耦合仿真分析。结果 在主减支撑结构上附加总质量为4 kg的吸振器结构,即可实现舱内目标频率降噪超过35 dB。结论 主减支撑结构吸振设计可有效控制舱内中高频主减结构声。     

气泡直径对气-液-污泥流态及污泥颗粒化的影响

通过建立三维Eulerian-Eulerian模型,用计算流体动力学模拟了鼓泡好氧活性污泥反应器中,不同气泡直径下气-液-污泥三相流的流态,分析了反应器内的流体动力学特性,并研究了其对污泥颗粒化的影响机理.结果表明：曝气头表面的孔径大小与反应器中气含率负相关,而与污泥所受的水力剪切速率正相关.气相、液相速度与曝气头的孔径和表观气速正相关.反应器中的流态由尺度较大的环流和尺度较小的旋涡构成.随着表观气速和入口气泡直径的增加,液相和颗粒的流态均由尺度较大的环流转变为尺度较小的旋涡.相同曝气孔径时,液相与颗粒的流态之间存在差异,且气泡直径越小,表观气速越大,两者的差异越明显.为满足好氧污泥颗粒化所需的凝聚条件,反应器中曝气头孔径应大于1mm.     

水下火炮燃气后效流场特性研究

目的 研究水下火炮发射过程中炮口燃气后效及其对高速射弹超空化流场的影响。方法 基于CFD软件FLUENT,运用UDF和动网格技术,考虑空化效应,建立水下火炮发射炮口燃气后效多相流数值计算模型。针对1 m水深条件下水下火炮发射炮口后效期运动过程进行数值模拟,获得了炮口气泡发展特性、压力脉动规律,分析炮口气泡对高速射弹空泡发展的影响。结果 炮口气泡经历了膨胀、收缩、拉断等发展历程,在发展初期能够加速射弹运动。射流中心处的压力特性最为复杂,随着远离射流中心,脉动幅值减小。高速射弹入水初期迅速形成超空泡,随后燃气泡与空泡发展融合,高压燃气进入形成的气\汽混合空腔,抑制了空化的发展,运动5倍弹长后,形成闭合空泡。对比火炮水下发射实验验证了仿真模型的准确性,空泡结果与实验一致性较好。结论 水下发射炮口流场复杂,影响高速射弹空泡的发展,同时还会使得火炮平台承受高载荷冲击的威胁,需要采取炮口降载措施。     

耦合颗粒受力解析的CFD模型及其在超滤膜污染机制中的应用

膜污染可以视为颗粒在膜表面的沉降过程。为深入了解在过滤通道内发生的颗粒迁移和沉降过程,建立了一种耦合颗粒受力的计算流体力学（CFD）模型。通过分析颗粒在超滤过程中的受力,将颗粒受力分析的用户自定义函数（UDF）与CFD中的离散相模型（DPM）耦合,对颗粒的迁移轨迹及沉降进行模拟,并利用过滤实验和微粒子图像测速技术（Micro-PIV）对CFD模拟结果进行了验证。结果表明:颗粒沉降概率与跨膜压差呈正相关,与错流速度呈负相关,超滤实验证明了CFD模拟颗粒沉降的准确性。Micro-PIV示踪粒子的运动轨迹记录膜腔内的速度场分布也验证了CFD模拟流场的准确性。CFD模型可视化地并直观地揭示了膜过程流场和颗粒运动情况,为理解膜污染机制提供了科学依据,对优化膜模块具有重要的指导作用。     

基于ZJU400土工离心机的CFD模拟方法

目的给出可靠的CFD模拟方法,用于土工离心机风阻功率估算,得到流场及温度场模拟结果。方法针对ZJU400中高速大型土工离心机,利用结构化网格划分使转臂及内壁面处的y+值<30,使其满足湍流模型边界层厚度要求。利用k-omega SST湍流模型和MRF多参考系方法对ZJU400土工离心机进行数值模拟,对模拟所得风阻功率、流场和温度场进行对比验证。结果模拟所得风阻功率与ZJU400实测数据偏差<10%,模拟所得流场与文献[8]中的结果吻合,温度场与实测数据吻合。结论针对ZJU400中高速大型土工离心机的CFD模拟方法取得了精度较高的模拟结果,通过仿真模拟弥补了大型土工离心机实验数据缺乏问题,减少了对实验数据的依赖,为制造设计和研究大型土工离心机提供了CFD模拟方法。     

基于直升机耦合分析的振动响应预测研究

目的预测直升机振动响应。方法采用中等变形梁理论建立直升机旋翼桨叶结构有限元模型,以准定常气动力模型及Pitt动态入流理论模拟旋翼上的气动作用力,结合旋翼结构及气动模型形成旋翼动力学分析模型,并以旋翼动力学试验结果验证模型的正确性。基于Patran建立直升机机体动力学模型,根据旋翼动力学分析结果,筛选并提取机体模态信息。结果耦合旋翼动力学及机体动力学模型,形成直升机全机耦合动力学分析模型,采用时间有限元方法求解耦合模型,以此模型进行直升机机体振动响应预测及与试验对比分析研究。结论该方法机体振动响应计算值与试验值变化规律相同。     

带坞舱船舶尾舱消浪装置消浪性能研究

目的 带坞舱船舶尾部具有与外界连通的自由液面,由于船舶运动会在坞舱内产生波浪,形成有害的波浪砰击,影响舱内装备的正常作业。针对这一问题,系统地对带坞舱船舶尾舱内的消浪方案进行模拟与优化,提出一套具有良好消浪性能的消浪装置方案。方法 以荷兰皇家海军两栖运输船为目标进行三维建模,使用CFD方法对其进行不同波浪下船舶响应模拟和分析,监测船舶的运动响应和舱内多个监测点的波高情况,使用多孔挡板为基础,给出一套消浪装置,并进行带有消浪装置方案的船舶响应模拟,评估该消浪装置方案的消浪性能。结果 对舱内首端和侧壁布置多孔板消浪装置,消浪效果可达40%~50%,验证了该消浪装置的可行性。结论 采用多孔介质区域模型对带有多孔介质消浪装置的整船进行数值模拟,在计算效率远高于对实际物理模型建模的同时,可以得到较好的消浪效果。