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基于密度分层的泡沫头帽降载机理及入水运动特性研究
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作者 魏海鹏 韩阔屹 +5 位作者 赵雷洋 陈莹玉 原凯 孔德才 刘元清 马贵辉 《力学学报》 北大核心 2025年第4期916-928,共13页
高速入水冲击降载及运动增稳是入水航行体研制最亟待突破的难题,针对于具有良好运动稳定性的截锥头型配备可以破碎吸能的密度分层头帽,是同时兼顾入水降载及运动稳定性的有效手段之一.基于模型试验研究了高速入水空泡发展机制与破碎头... 高速入水冲击降载及运动增稳是入水航行体研制最亟待突破的难题,针对于具有良好运动稳定性的截锥头型配备可以破碎吸能的密度分层头帽,是同时兼顾入水降载及运动稳定性的有效手段之一.基于模型试验研究了高速入水空泡发展机制与破碎头帽的相互作用,探讨了密度分层头帽对降载及运动的影响规律.研究发现配备密度分层头帽的高速入水航行体的入水空泡出现了明显的嵌套空泡现象,高密度头帽嵌套空泡为上宽下窄,正向分层头帽嵌套空泡为上窄下宽;入水冲击产生的高应力在密度分层头帽两层缓冲件之间传递时将会产生碰撞损失能,耗散入水瞬态冲击的能量;头帽破碎时间顺序为:正向分层第一次破碎<逆向分层<低密度<正向分层第二次破碎<高密度;头帽外形对运动稳定性有改善作用,逆向分层头帽达到运动稳定的时间最短;头帽破碎会诱导局部空泡塌陷,而头帽完整性较高时则会形成稳定的空泡;头帽的存在可以提高速度峰值,配备正向分层头帽工况入水速度最快,配备高密度头帽工况降载效果最好. 展开更多
关键词 高速入水 入水降载 入水增稳 降载头帽
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计及筒盖与筒口气团的航行体出筒流场演化分析
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作者 姚熊亮 赵斌 +3 位作者 马贵辉 曲昭宇 张淼 卢佳兴 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3116-3132,共17页
筒口结构及流场环境是影响航行体出筒过程多相流场与载荷特性的重要因素,文章数值研究了计及筒内高温高压气体作用的航行体出筒过程,分析了不同初始条件、边界条件对航行体头部、尾部气团演化过程及筒内“水体倒灌”效应的影响及航行体... 筒口结构及流场环境是影响航行体出筒过程多相流场与载荷特性的重要因素,文章数值研究了计及筒内高温高压气体作用的航行体出筒过程,分析了不同初始条件、边界条件对航行体头部、尾部气团演化过程及筒内“水体倒灌”效应的影响及航行体、筒盖的载荷特性.结果表明:横向牵连速度条件下,航行体头部出筒伴随筒口气团的偏移、破碎、分离和汇集过程;尾出筒时高温高压气团与周围附体气团融合,并经膨胀、颈缩后产生回射流现象;随着尾空泡形成,筒口截面处气团发生二次拉断、射流偏移现象,筒内“水体倒灌”呈“螺旋”倒灌方式.横向牵连速度主导着筒口绕流流场特征,其降低50%时筒盖载荷峰值降低了58.27%;筒口气团初体积直接影响出筒航行体附体气团体积,筒口气团初始高度增加50%时筒盖载荷峰值降低了17.64%;筒盖形状决定着其绕流流场载荷特性,相比之下筒盖弯曲系数较小时,筒盖载荷峰值降低31.48%;而筒盖开盖角度是诱导气团二次拉断射流偏移的主要原因,开盖角度由60°降低到30°时,筒盖最大受载峰值降低72.03%. 展开更多
关键词 跨介质航行体 筒口气团 筒盖结构 出筒过程 流体动力
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带椭球形气囊航行体落水-上浮过程仿真 被引量:3
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作者 包健 马贵辉 +2 位作者 孙龙泉 陈惟楚 李明 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期206-218,共13页
针对水下发射模型试验中的模型低速落水问题,提出一种带椭球形气囊的航行体落水回收方案,两个气囊等距分布在航行体两侧,航行体与气囊之间用连接带相连。数值仿真基于Abaqus的耦合欧拉-拉格朗日方法,通过对比AUV头段入水的试验结果和仿... 针对水下发射模型试验中的模型低速落水问题,提出一种带椭球形气囊的航行体落水回收方案,两个气囊等距分布在航行体两侧,航行体与气囊之间用连接带相连。数值仿真基于Abaqus的耦合欧拉-拉格朗日方法,通过对比AUV头段入水的试验结果和仿真结果,验证数值方法的有效性。分析在不同姿态角和不同初始囊压的条件下,带气囊航行体低速落水后的运动过程、囊压变化以及连接带的受力情况。研究结果表明,航行体姿态角是影响落水-上浮过程的最重要因素,初始囊压次之;对于最大落水深度、囊压峰值、拉力峰值而言,趋于垂直落水的工况更加危险,最大落水深度为1.33倍航行体长度,最大囊压为3.7倍基准囊压,连接带最大拉力为2.2倍航行体重力。这些结论可为航行体落水回收的方案设计与结构参数设计提供参考依据。 展开更多
关键词 航行体 气囊 落水冲击 耦合欧拉-拉格朗日方法
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碎冰对出水航行体载荷特性影响试验研究
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作者 付志强 李志鹏 +1 位作者 孙龙泉 胡承龙 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3188-3201,共14页
极地环境下出水航行体在穿越冰层出水过程中会受到复杂的冲击载荷以及水动力载荷,严重威胁航行体的结构安全.文章针对航行体破冰出水过程中的流体流动与冲击载荷特性,基于约束模型出水试验系统,搭建了航行体出水破冰图像与载荷测量系统... 极地环境下出水航行体在穿越冰层出水过程中会受到复杂的冲击载荷以及水动力载荷,严重威胁航行体的结构安全.文章针对航行体破冰出水过程中的流体流动与冲击载荷特性,基于约束模型出水试验系统,搭建了航行体出水破冰图像与载荷测量系统;发展了可破碎冻结模型冰制备技术,形成了航行体出水破冰综合试验系统,同时开展了航行体出水可重复性验证试验.随后利用可破碎冻结模型冰,开展了航行体穿越不同尺寸、不同覆盖率下的碎冰出水试验,获取了航行体出水穿冰过程中整体轴向受力以及头部压力时历曲线,观测了航行体出水过程中的流体流动、冰层受冲击后的动态行为.试验结果表明:碎冰覆盖条件下,航行体出水时与冰层相互作用,带来剧烈的冲击载荷.且冲击载荷与碎冰尺寸密切相关,大尺度碎冰受航行体冲击后会发生破碎.另一方面,与无碎冰覆盖条件下相比,碎冰覆盖条件下航行体出水时会造成更显著的喷溅现象.此外,不同碎冰覆盖率影响航行体与碎冰的撞击位置,基于此,文章还总结了航行体与碎冰作用的3种形式.研究结果揭示了航行体出水过程中的流固耦合过程与载荷形成机理,对航行体及相关结构物的出水破冰试验技术研究与结构设计具有一定的参考价值. 展开更多
关键词 航行体出水 碎冰尺寸 覆盖率 载荷特性 撞击形式
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带泡沫头帽圆柱体入水机理试验研究
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作者 王岳扬 陈绍露 +2 位作者 龙镜冰 汪家威 陈莹玉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期263-274,297,共13页
航行体跨介质高速入水瞬间经受的撞击力可威胁其结构安全和其入水弹道的稳定性。为探讨入水冲击对结构的影响,以带泡沫头帽圆柱体为试验研究对象,探究不同入水速度和角度状态下不同头型泡沫降载头帽的入水冲击运动特性。试验中,利用高... 航行体跨介质高速入水瞬间经受的撞击力可威胁其结构安全和其入水弹道的稳定性。为探讨入水冲击对结构的影响,以带泡沫头帽圆柱体为试验研究对象,探究不同入水速度和角度状态下不同头型泡沫降载头帽的入水冲击运动特性。试验中,利用高速摄像技术捕捉带头帽圆柱体的入水空泡形态特征,并基于Canny边缘检测算法对空泡特征进行参数分析;与此同时,通过内置加速度传感器获得其入水加速度,利用互补集合经验模态分解方法进行滤波分析。通过分析试验过程的图像和传感器测量结果,获得了不同速度、角度和头型圆柱体入水的空泡演化特征和加速度的变化规律及其变化原因,并对比了不同降载方式的降载效果。试验结果表明,圆柱体入水冲击加速度随速度的平方线性增加;头型对圆柱体低速入水的缓冲效果最为明显,带圆锥形外形头帽降载效果达到了86.8%,圆锥形泡沫头帽的降载缓冲效果达到了97%。此外,试验中还观测到了圆柱体入水空泡深闭合后尾空泡逐次脱落的现象,该现象对圆柱体形成逐渐递减的脉动冲击;聚甲基丙烯酰亚胺泡沫头帽不会改变入水空泡的形态,但会使空泡壁面粗糙模糊。 展开更多
关键词 带泡沫头帽 入水抨击 入水空泡
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