摘要：[目的]旨在研究跨域无人平台从水面垂直起飞过程中平台的运动及动力学特性。[方法]采用黏流CFD方法结合重叠网格技术和多自由度DFBI(dynamic fluid body interaction)运动模型,针对跨域无人平台在水面垂直起飞至空中的跨域过程的动态特性,开展数值模拟研究。[结果]模拟结果显示:在垂直起飞过程中,受无人平台上升阻力的影响,空气螺旋桨需要以相对于单桨等拉力状态更高的转速才能将无人平台拉起升离水面,且无人平台的主运动为垂向上升运动;此外,因空气螺旋桨的下洗气流与无人平台机身的耦合作用,导致平台出现了"快速低头"现象。[结论]由模拟结果可知,为保证无人平台顺利升空,在从水面至空中的垂直起飞阶段必须加入手动或自动的控制程序,以实时调整推进器的倾转角度,从而为后续跨域无人平台优化设计及控制提供有力的评估手段。

摘要：潜射导弹是国家威慑力量的重要组成,其出筒过程作为发射的初始关键阶段,存在高压气体对弹底的巨大冲击以及气体和水之间强烈的相互作用等复杂流体动力学问题,具有重要的研究意义。基于压力基下的三维非定常可压缩数值模拟方法,采用VOF多相流模型和重叠网格技术,分别对楔形体入水过程的加速度变化和不同工况下潜射导弹出筒过程中流场变化和弹体运动特性开展了研究。通过对楔形体入水过程的模拟验证了网格的无关性与本文计算方法的有效性。对潜射导弹出筒过程的模拟结果表明:筒底压力越大,出筒速度越快,所受轴向力越大,速度衰减更为迅速,且弹体横向位移越大,所受横向载荷越高;来流导致了迎流面气体减少,背流面气体增多,两侧流场的不对称形成了侧向力和绕质心的旋转力矩,弹体因此向来流方向偏转;来流速度越大弹体横向加速度越大,弹体越容易偏移。本文研究结果可以为潜射导弹出筒过程的弹道设计提供理论及技术支撑。

摘要：纵倾节能是一种高效易行的船舶节能手段,针对纵倾节能应用,采用基于RANS求解的数值模拟方法,对不同缩尺比与纵倾角度工况下的双尾鳍内河船型绕流场进行了数值模拟。本文分析纵倾角度对阻力及其成分的影响规律;分析阻力随纵倾角度变化规律的原因并对纵倾节能相关的尺度效应进行探讨。结果表明,双尾鳍船舶以设计航速航行时,纵倾角度为首倾1.5°左右时阻力最小,且纵倾节能存在明显的尺度效应。

摘要：为研究横流扰动下的超空泡鱼雷空泡形态及水动力特性,基于有限体积法和VOF模型,结合重叠网格技术,建立了经过实际检验的三维鱼雷超空泡数值计算模型,分析超空泡鱼雷航行过程中受到横流扰动后的空泡形态及水动力变化规律,研究不同横流扰动速度下的鱼雷超空泡流场变化,分析横流速度对超空泡的形态及鱼雷航行阻力影响。研究结果表明:横流扰动使得鱼雷超空泡对称性消失,尾部流动分离严重,超空泡不再完全包裹鱼雷表面,鱼雷表面出现沾湿面积。鱼雷航行速度一定时,横流扰动速度越大,超空泡变形越严重,甚至发生脱落,鱼雷航行阻力增量也越大;横流扰动速度达到航行速度的20%时,航行阻力大幅增大,约为无横流扰动时的2倍。

摘要：为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性,利用CFD软件STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟,通过求解RANS方程和Realizable k-ε湍流模型获得船舶水流作用力。在无波浪定常流作用下,系泊船姿态最终保持稳定,可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化。在完成网格无关性和数值模型合理性研究的基础上,对不同流速、不同流向角度以及流向沿水深变化的复杂水流条件下船舶的水动力进行预报,探讨不同水流条件下系泊船纵向力、横向力、首摇力矩的变化规律,研究成果可为复杂水流环境下系泊船的布缆及相关工程设计提供参考。

摘要：为了准确地模拟客车变道时受到侧风的场景,建立了基于空气动力学软件Star-CCM+和多体动力学软件ADAMS/Car的双向耦合数据交换方法,其中通过重叠动网格技术实现客车在流体中的运动,利用SST(Menter)k-ωIDDES模型计算瞬态气动负载,分析了稳态侧风中不同侧风边界条件计算结果的准确性,并对比了单双向耦合方法在客车变道过程中响应产生的差异。结果表明:动边界方法和单向耦合应用在客车俯仰稳定性分析时误差较大。

摘要：为了研究设计的脱壳弹出炮口后弹托与弹体的分离状态和气动变化,采用Star-CCM+重叠网格技术耦合流体控制方程和刚体的六自由度运动方程对弹托分离进行了数值仿真,得到了固定初速下弹托与弹体的运动轨迹及分离姿态。将试验结果与仿真结果进行对比,分离状况与仿真基本吻合。最后研究了分离过程中弹托与弹体的气动力变化,为次口径脱壳弹弹托分离技术提供了理论依据及数据支撑。

摘要：基于推板造波理论和摇板造波理论,在OpenFOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。

摘要：文章介绍了基于RANS法求解船舶自由运动水动力性能的方法。通过对流域设计、网格划分方法、运动求解法及湍流模型的选择等进行完整的讨论与分析,提出了一套求解船舶自由运动的RANS方法。以低速船(KCS型船模)及高速船(Fridsma滑行艇)为计算对象,计算结果验证了RANS法在预报船舶自由航行时水动力性能的实用性。

摘要：[目的]潜艇应急上浮性能是潜艇生命力的一个重要方面,与潜艇的安全性密切相关。为了掌握潜艇应急上浮过程中的运动规律,[方法]通过建立带有上层建筑非水密区域及流水孔的潜艇结构模型,采用重叠网格方法离散计算域求解RANS方程获得潜艇受到的水动力,并联合六自由度运动方程对应急上浮时的运动姿态进行求解。[结果]得到了上浮过程中纵倾角、横倾角和横摇周期的变化情况,模拟出了潜艇零航速上浮时水下、出水及水面振荡全过程的运动姿态。[结论]研究成果可用于潜艇应急上浮的操纵与控制模拟,为潜艇总体性能设计提供技术支撑。