Behavior of wake vortices near the ground over a large range of Reynolds numbers

Numerical simulations based on the two-dimensional vorticity-stream function formulation are used to investigate the behavior of wake vortices near the ground over a wide Reynolds number range and to determine the maximum height the primary vortices reach far downstream of the lifting wing. All cases within the studied Reynolds number range (3 · 10² ≤ Re_Γ ≤ 3 · 10⁶) show the separation of boundary layer vorticity from the ground, the formation of vortices in the separation region and one or several rebounds of the primary vortex pair. The amount of circulation produced within the boundary layer shows only minor variations, while an increasing Reynolds number results in an increasing number of generated vortices with decreasing circulation. The minimum altitude of the primary vortex pair increases with a decreasing Reynolds number, while the maximum altitude far downstream does not show a regular dependence on the Reynolds number. For all Reynolds numbers the maximum altitude of the primary vortices far downstream is smaller than 3.1 times their initial spacing. This result is confirmed by theoretical deductions yielding an upper limit for the maximum altitude of the primary vortices after several rebounds.     

回转体倾斜入水空泡试验及六自由度数值计算研究

为研究回转体倾斜入水空泡及参数变化,基于低速入水试验装置和CFD软件对该问题进行了试验和数值仿真研究。通过试验对回转体倾斜入水的空泡演变进行研究,得到了不同时刻空泡形态图。数值计算选用基于N-S方程的雷诺平均(RANS)方法和基于k-ω的SST二方程湍流模型,建立了六自由度数值仿真方法。结果表明:数值计算得到的空泡形态与试验结果一致性较好,依次经历了撞击水面、空泡形成、颈缩、空泡断裂、空泡闭合、表面紊乱和空泡溃灭的过程。进一步分析发现速度、加速度和压力均在入水瞬间和空泡断裂时刻发生波动;偏转角度在回转体尾部刺穿空泡后增幅明显;随着入水角度增加,入水瞬间速度衰减加快、压力峰值增加,峰值出现越早,空泡闭合越难。     

空间细胞机器人面向桁架在轨攀爬步态分析

面向空间在轨装配维修过程中的攀爬移动问题，基于空间细胞机器人(CSR)理念，提出连接细胞、转动细胞、末端执行细胞三种基本细胞单元。利用图论和拓扑学原理，在关联矩阵的基础上进行改进得到一种细胞迁移矩阵，直观准确地表达细胞机器人任意构型，以及不同节点之间的组织迁移过程。考虑桁架应用环境和细胞机器人自身的特点，划分出三种广义双杆攀爬工况，能够覆盖所有桁架攀爬任务需求。利用基于旋量理论的指数积公式进行不失一般性运动学分析。基于一致性、重复性以及无干涉原则，针对每种攀爬工况提出相应的攀爬步态，进行数值仿真分析，对比不同步态细胞机器人的关节力矩、能耗以及末端轨迹所占据工作空间等参数。仿真结果对空间机器人在轨攀爬路径规划以及控制方式的研究具有重要理论意义和工程价值。     

超空泡航行体流体动力数值研究

超空泡技术作为水中航行体增速减阻的重要手段已经成为了共识。超空泡航行体作为目前最具有应用前景的水下航行体,对其流体动力变化规律的研究具有重要的意义。基于有限体积方法,结合N-S方程与空化模型,建立了超空泡航行体自由运动的非定常流场求解数值模拟方法。通过对非定常超空泡流场计算结果的分析,对航行体的流体动力进行分解和建模。结合相关理论分析,确定了超空泡航行体流体动力公式。研究表明,尾拍力与空泡壁面形状、航行速度及尾部沾湿面积等密切相关。     

随机环境下涡轮盘-片剩余寿命预测方法

采用随机有限元方法, 针对某燃气涡轮盘-片进行了热流固耦合及接触热弹塑性分析, 得到了随机应力应变响应;基于概率Miner损伤准则和应变场强法, 运用K.N.Smith疲劳损伤公式及Manson-Succop形式热强综合参数蠕变方程计算了涡轮盘-片的疲劳蠕变寿命;据此分析了影响疲劳和蠕变损伤的各种因素, 提出了装置使用和维护方面的建议.分析结果接近实际, 证明该方法不失为目前为止较好的预测涡轮盘-片剩余寿命的新方法.      

多功能风洞及CFD优化设计

上海交通大学在建的多功能低速风洞具有串列式的大小两个试验段.为提高边界层试验时的工作效率,将在大试验段的转盘前部设置自动升降粗糙元装置.为模拟风浪流联合作用环境下船舶/海洋工程结构物的流体动力响应,由旁路风道将风引至循环水槽测试部的上方,并且该测试部的风速可以随时间周期变化.为提高大试验段的流场指标,在与试验结果对比的基础上,CFD方法模拟了风洞的内部流场,基于DOE结果生成了Kriging模型,采用多岛遗传算法得到最优解.研究结果表明优化设计的结果显著提高了流场的性能指标.     

船舶推进器叶梢部流动PIV测试

利用2D-PIV(particle image velocimetry)技术在空泡水筒中对螺旋桨叶梢部流场进行了详细的测量.选用松花粉为示踪粒子,通过驱动轴轴编码器输出相位信号,经同步控制器控制CCD摄像及两激光器出光,解决了螺旋桨相位、激光器与CCD三者的同步控制与连续采集问题.轴向平面每一相位下均测量获得100幅瞬时速度矢量场,采用相位平均方法获得了同一相位下的平均速度场.比对了叶梢附近桨盘面前后流动的差异以及沿径向叶梢内外流场的不同,利用测试数据研究了梢涡、尾涡的结构.     

配合间隙对涡轮盘-片结构的接触响应影响分析

以某燃气涡轮第五级盘-片结构为对象,考虑复杂载荷,利用ANSYS参数化设计语言编制分析程序对结构进行了瞬态热弹塑性有限元分析,分别计算了结构在紧急工况和典型工况下的应力应变.将盘-片的配合间隙设为参数,分析了不同配合间隙时结构的应力应变变化情况,并得到了应力应变发生突变的间隙值,分析了接触传热系数对应力应变的影响.对涡...     

基于有限时间引导律的欠驱智能船舶循迹控制

针对欠驱智能船舶在执行循迹任务时，受路径曲率和环境力干扰影响导致横向偏差增大的问题，对欠驱智能船舶的引导策略进行了研究。提出了一种有限时间收敛的自适应引导律，并基于该引导律实现了欠驱智能船舶循迹控制，使循迹过程中的横向偏差在有限时间内收敛至零。相比于传统积分引导律，所提方法的控制参数可以根据横向偏差的变化进行自适应调整，更快地引导欠驱智能船舶进行直线和曲线循迹。通过仿真对比验证了所提方法的有效性和先进性。