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跨介质航行器动力学前沿技术研究进展
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作者 王聪 许海雨 +1 位作者 马贵辉 孙龙泉 《水下无人系统学报》 2024年第3期384-395,共12页
近年来跨介质装备受到船舶与海洋、航空航天以及兵器等领域的高度重视,与跨介质航行器相关的总体方案、关键技术、研究方法以及使用效能等成为研究热点。文章阐述了跨介质航行器动力学相关研究背景,综述了航行器入水砰击、出入水流固耦... 近年来跨介质装备受到船舶与海洋、航空航天以及兵器等领域的高度重视,与跨介质航行器相关的总体方案、关键技术、研究方法以及使用效能等成为研究热点。文章阐述了跨介质航行器动力学相关研究背景,综述了航行器入水砰击、出入水流固耦合、跨介质仿生、跨介质动力与推进、新质跨介质装备、跨介质动力学试验与仿真技术等方面的最新研究成果和研究进展,并展望了跨介质航行器发展需要解决的若干前沿关键技术,以期为促进海空界面动力学与无人系统研究提供借鉴。 展开更多
关键词 跨介质航行器 动力学 海空界面 无人系统
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大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性研究 被引量:1
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作者 张彤运 王聪 +3 位作者 许海雨 夏维学 马潇健 赵静 《水下无人系统学报》 2024年第3期426-433,共8页
为了研究大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性,基于流体体积多相流模型耦合S-DOF刚体运动模型构建了跨介质航行器高速倾斜入水三维非定常数值计算模型,采用细长体高速入水自由运动试验数据对数值计算模型的计算精度进行了校核... 为了研究大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性,基于流体体积多相流模型耦合S-DOF刚体运动模型构建了跨介质航行器高速倾斜入水三维非定常数值计算模型,采用细长体高速入水自由运动试验数据对数值计算模型的计算精度进行了校核及验证,对比研究了平头、锥头头型高速倾斜入水的冲击载荷特性。结果表明:锥头头型入水的最大轴向、纵向冲击载荷发生的时间几乎同步,而平头头型最大轴向冲击载荷相比纵向载荷发生的时间显著延迟;对于最大冲击载荷,平头头型的轴向冲击载荷大于其纵向冲击载荷,而锥头头型的轴向、纵向冲击载荷几乎相同;相较于平头头型,锥头头型的轴向冲击载荷显著降低,45°入水时,其最大峰值约为平头头型的1/3。 展开更多
关键词 跨介质航行器 倾斜入水 冲击载荷 多相流动
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高弗劳德数通气超空泡流型迟滞特性数值仿真 被引量:6
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作者 罗凯 左振浩 +3 位作者 许海雨 刘富强 叶常盛 黄闯 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期495-502,共8页
为了研究高弗劳德数时,调控通气量过程中空泡形态的时间迟滞特性,本文建立了定量求解通气超空化的三维数值模型。基于CFX平台,结合分相流模型、SST湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,运用二次开发语言CEL嵌入通气量变化规律,研究了变... 为了研究高弗劳德数时,调控通气量过程中空泡形态的时间迟滞特性,本文建立了定量求解通气超空化的三维数值模型。基于CFX平台,结合分相流模型、SST湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,运用二次开发语言CEL嵌入通气量变化规律,研究了变通气量(突增、突降、周期性变化)对空泡形态的影响。结果表明:通气量变化时,空泡特征尺度变化表现出时间迟滞特性;通气量突降时,时间迟滞特性最强,空泡特征尺度需2.3 s达到稳定;通气量突增时,空泡特征尺度需1.3 s达到稳定,时间迟滞特性较弱;通气量周期性变化时,在通气量改变前、后空泡发展趋势的共同作用下,空泡特征尺度初始变化不具周期性。研究成果可为通气超空泡航行器工程应用中通气量调控方案的提出提供参考。 展开更多
关键词 通气超空泡 通气率 空泡形态 迟滞特性 多相流 可压缩气体 高弗劳德数 数值模拟
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通气超空化流域径向尺度影响 被引量:4
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作者 许海雨 罗凯 +1 位作者 黄闯 左振浩 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期478-484,共7页
为研究流域尺度对阵泄气通气超空化的影响,基于分相流模型和SST湍流模型,考虑通气可压缩性,建立了通气超空泡流动的三维数值模型,通过水洞实验对数值方法进行了验证,研究了流域径向尺度对通气超空泡尺度和压力分布特性的影响。计算结果... 为研究流域尺度对阵泄气通气超空化的影响,基于分相流模型和SST湍流模型,考虑通气可压缩性,建立了通气超空泡流动的三维数值模型,通过水洞实验对数值方法进行了验证,研究了流域径向尺度对通气超空泡尺度和压力分布特性的影响。计算结果表明:流域径向尺度对通气超空泡流型及压力分布影响显著。流域径向尺度比小于6.5时,无法形成完全包裹航行器的超空泡,随着流域径向尺度增加,超空泡尺寸增大,空泡内压力和外流场压力均减小;当径向尺度比大于54.0时,空泡尺寸和内部压力达到稳定收敛,计算结果与经验公式吻合,研究结果为模拟阵泄气通气超空泡自由流场空泡形态提供了流域径向尺度的选择标准,可用于指导工程实践。 展开更多
关键词 通气空化泡 流场 空泡尺寸 压力分布 多相流 SST湍流模型 水下航行器
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通气超空化对水下火箭发动机性能影响 被引量:4
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作者 许海雨 罗凯 +2 位作者 黄闯 左振浩 董兴杰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期41-47,共7页
火箭发动机具有功率密度大、推力大等优势,常被用作主动攻击高速水中兵器的推进器.然而,火箭发动机在水下工作时喷管出口压力发生剧烈脉动,进而影响发动机的推力性能,甚至造成安全事故.为研究火箭发动机在水下的工作特性和尾流场特性,基... 火箭发动机具有功率密度大、推力大等优势,常被用作主动攻击高速水中兵器的推进器.然而,火箭发动机在水下工作时喷管出口压力发生剧烈脉动,进而影响发动机的推力性能,甚至造成安全事故.为研究火箭发动机在水下的工作特性和尾流场特性,基于VOF多相流模型和理想气体模型,建立了高温高压燃气水下超声速喷流的数值模型,分别在单相水来流和通气超空化来流条件下对火箭发动机的内外流场进行仿真计算,获得了通气超空泡、工作压力等因素对火箭发动机尾喷流场的影响规律.研究结果表明:无通气超空化时,尾喷流存在明显的颈缩、胀鼓、回击等非定常现象,发动机推力剧烈脉动;存在通气超空化时,火箭发动机喷出的燃气与超空泡内气体掺混排出,尾流场的非定常特性显著减弱,发动机推力未产生剧烈脉动;当发动机工作压力增大为设计压力一倍时,在无空化条件下燃气流量及发动机推力分别产生30.4%和20.6%的振荡幅度,在通气超空化条件下发动机的工作性能几乎不受工作压力的影响. 展开更多
关键词 水下火箭发动机 水下燃气射流 压力脉动 多相流 通气超空化
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水下超声速射流对上浮水雷受力特性影响研究 被引量:3
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作者 许海雨 罗凯 +3 位作者 刘富强 左振浩 古鉴霄 黄闯 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2623-2629,共7页
为了研究水下超声速喷射流流场压力脉动特性及其对上浮水雷的受力影响特性,基于VOF(Volume of fluid)多相流模型,建立了上浮水雷在不同工作状态(欠膨胀、完全膨胀、过膨胀)下的数值计算模型,研究了水下燃气喷射流对上浮水雷的受力特性... 为了研究水下超声速喷射流流场压力脉动特性及其对上浮水雷的受力影响特性,基于VOF(Volume of fluid)多相流模型,建立了上浮水雷在不同工作状态(欠膨胀、完全膨胀、过膨胀)下的数值计算模型,研究了水下燃气喷射流对上浮水雷的受力特性影响。结果显示,欠膨胀工况时,发动机推力平缓,平均推力约为12.2kN,上浮水雷受力未出现负值;完全膨胀时,射流发生颈缩、胀鼓等现象的位置距离雷体较远,导致发动机推力及水雷壳体受力振荡不剧烈;过膨胀工况时,射流发生颈缩、胀鼓等现象的位置距离喷管较近,发动机推力发生剧烈脉动,产生21.7%的振荡幅度,胀鼓现象发生时,流场压力显著降低,使得上浮水雷后体受力减小,壳体阻力增大,上浮水雷最大产生27kN的负推力。 展开更多
关键词 水下固体火箭发动机 推力特性 压力脉动 颈缩与胀鼓 多相流
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低弗劳德数通气超空泡初生及发展演变特性 被引量:3
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作者 许海雨 罗凯 +2 位作者 黄闯 左振浩 古鉴霄 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期934-941,共8页
为了研究通气超空泡初生及发展过程中空泡形态及泄气模式的演变特性,采用分相流模型和SST湍流模型,考虑通气压缩性和重力效应,建立了通气超空化三维数值计算模型,并通过试验数据进行了校核和验证,研究了在通气率和弗劳德数大范围变化下... 为了研究通气超空泡初生及发展过程中空泡形态及泄气模式的演变特性,采用分相流模型和SST湍流模型,考虑通气压缩性和重力效应,建立了通气超空化三维数值计算模型,并通过试验数据进行了校核和验证,研究了在通气率和弗劳德数大范围变化下的通气超空泡生成及发展过程.结果表明:回射流模式超空泡发展过程非常不稳定,空泡初生时伴随空泡的断裂及分离,空泡发展过程中存在气/水混合物回流现象,超空泡形态难以预估.双涡管模式超空泡先以回射流模式发展,当超空泡充分发展后,空泡闭合模式转变为双涡管方式,空泡形态及泡内压力相对比较稳定.接近超空泡泄气转变临界时,超空泡闭合模式在双涡管和回射流之间相互转变,导致超空化流动及超空泡形态变化更加复杂. 展开更多
关键词 通气超空泡 空泡泄气模式 空泡生成及发展 多相流
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水下超声速气流流场非定常特性研究 被引量:7
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作者 许海雨 罗凯 刘日晨 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2618-2625,共8页
上浮水雷在工作过程中环境压力大幅度变化,针对上浮水雷火箭发动机具有三种不同工作状态(欠膨胀、完全膨胀、过膨胀)的特点,采用VOF两相流模型,建立了水下火箭发动机在不同工作状态喷射流发展的轴对称计算模型,分别在来流速度0m/s和50m/... 上浮水雷在工作过程中环境压力大幅度变化,针对上浮水雷火箭发动机具有三种不同工作状态(欠膨胀、完全膨胀、过膨胀)的特点,采用VOF两相流模型,建立了水下火箭发动机在不同工作状态喷射流发展的轴对称计算模型,分别在来流速度0m/s和50m/s两种工况下,研究了水下发动机在不同工作状态时喷射流发展规律及流场脉动特性。结果显示,在静水条件下,欠膨胀工况时颈缩发生位置距喷管出口较远,流场压力和喉部流量没有发生脉动现象,其它工况时颈缩发生位置距喷管出口较近,完全膨胀工况和过膨胀工况喷管出口最大压力振幅分别为5.5MPa,7MPa;喷管喉部流量振动幅度约为5.2%,32.8%;在有流速条件下,三种工作状态发生颈缩、胀鼓和回击现象的位置距离喷管出口较远,完全膨胀喷管出口最大压力振幅为2MPa,喷管喉部流量未发生脉动特性,过膨胀工况喷管出口最大压力振幅6.1MPa,喉部流量振动幅度30.4%。 展开更多
关键词 水下固体火箭发动机 水下燃气射流 压力脉动 多相流 回击与胀鼓
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跨介质航行器入水多相流场及运动特性研究现状与展望 被引量:8
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作者 王聪 许海雨 卢佳兴 《水下无人系统学报》 2023年第1期38-49,共12页
水面或空中平台发射的高速入水航行器,借助超空泡减阻技术突破了传统水中兵器的速度极限,凭借高速优势可有效拦截和打击水下潜在威胁,是当今各军事强国竞相研究的热点。但跨介质航行器高速入水过程伴随多相间复杂湍流流动、非定常空泡... 水面或空中平台发射的高速入水航行器,借助超空泡减阻技术突破了传统水中兵器的速度极限,凭借高速优势可有效拦截和打击水下潜在威胁,是当今各军事强国竞相研究的热点。但跨介质航行器高速入水过程伴随多相间复杂湍流流动、非定常空泡演变和入水冲击载荷等问题,制约着超空泡航行器的稳定航行,影响作战效能。文章针对航行器高速入水非定常空泡流型演变特性、跨空-水介质冲击载荷、水下尾拍运动等问题,阐述跨介质航行器入水过程及稳定航行所涉及的诸多技术难点,梳理航行器高速入水降载方法,并归纳总结跨介质超空泡航行器的工程应用。最后,展望了跨介质航行器有待解决的问题及未来发展趋势。 展开更多
关键词 跨介质航行器 高速入水 空泡形态 流体动力特性 尾拍运动 多相流
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高弗劳德数条件下攻角对通气超空化流动影响
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作者 王宜菲 党建军 +2 位作者 黄闯 许海雨 左振浩 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1233-1241,共9页
为研究攻角对通气超空化流动的影响特性,采用分相流模型和SST k-ω湍流模型建立了通气超空化数值计算模型,结合水洞试验验证了模型的有效性,研究了高弗劳德数条件下系列攻角对通气超空泡的形态影响。结果表明:攻角引起通气超空泡轴线的... 为研究攻角对通气超空化流动的影响特性,采用分相流模型和SST k-ω湍流模型建立了通气超空化数值计算模型,结合水洞试验验证了模型的有效性,研究了高弗劳德数条件下系列攻角对通气超空泡的形态影响。结果表明:攻角引起通气超空泡轴线的线性偏移,偏移角度与攻角大小呈正比,偏移方向与空化器升力方向相反,超空泡轮廓的变形量沿流动方向越来越大;来流攻角改变了通气超空泡内部的气体流动结构,导致超空泡上下轮廓的变形量发生差异,正攻角条件下圆盘空化器生成的超空泡的下表面变形量明显大于上表面的变形量。 展开更多
关键词 高弗劳德数 攻角 通气超空泡 空泡变形 分相流模型
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美军RAS战略研究与分析
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作者 孙翌晨 许海雨 《电子质量》 2021年第12期18-20,共3页
随着机器人系统、人工智能、网络技术等技术手段的快速发展,机器人自主系统的研究与使用引起广泛的关注。该文对2017年美陆军训练与条令司令部发布的《机器人与自主系统(RAS)战略》的内容、研究背景及现状进行了介绍,并对其涉及的关键... 随着机器人系统、人工智能、网络技术等技术手段的快速发展,机器人自主系统的研究与使用引起广泛的关注。该文对2017年美陆军训练与条令司令部发布的《机器人与自主系统(RAS)战略》的内容、研究背景及现状进行了介绍,并对其涉及的关键技术及应用前景进行了研究与分析。旨在加深对机器人自主系统的理论研究,为我军系统的发展提供借鉴。 展开更多
关键词 机器人自主系统 关键技术 应用前景
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