水上行走机器人腿部静力学分析

水上行走机器人仿生水黾,利用腿部产生的表面张力在液体表面站立和行走.通过静力学分析可计算机器人载重能力,并给出腿部形状设计准则.建立了水上行走机器人支撑腿的静力学模型,分析了表面张力最大值条件即水面打破条件,提出了腿部支撑力及其最大允许入水深度的计算方法.采用该方法,使用Matlab计算得到了几种不同材料的表面张力与接触角关系曲线,计算了几种材料支撑腿的支撑力及其允许入水深度的最大值,并通过与实验数据相比较,验证了计算方法和结果的正确性.     

水蒸气冷却润滑时高温合金的绿色切削试验

为实现高温合金用水蒸气作冷却润滑剂的绿色切削,研制了600~800 W的小型过热水蒸气发生器,并用YG 6硬质合金刀具对镍基高温合金GH 4169进行了单因素切削试验,效果明显:用水蒸气时,与干切、乳化液相比,主切削力分别减小了15%~20%和10%~15%,切削温度分别降低了20%~30%和10%~20%,并建立了切削力和切削温度的经验公式;变形系数也有减小;切屑多为螺卷屑。由于水蒸气分子直径远小于乳化液中水包油粒径,气态水分子容易进入刀-屑间的毛细管,故具有良好的冷却润滑性能。水蒸气可替代乳化液作冷却润滑剂,且来源广泛,又无污染,从而可实现高温合金的绿色切削。     

一种小口径火箭弹弹头超声检测方法

针对小口径镁合金火箭弹弹头的结构和存在缺陷的类型,采用水浸式的超声检测方法,分析了偏心距和水声程对检测灵敏度的影响,推导出了偏心距和水声程的计算方法。通过与X射线对弹头检测结果的对比分析可知,采用中心频率为5 MHz的水浸式聚焦探头,能准确检测出弹头内部存在的夹杂和裂纹缺陷,并对表面的划伤缺陷也有很高的检测灵敏度。通过C扫描方式对缺陷特征的重构,能直观地判定缺陷的位置、形状和大小。为小口径火箭弹弹头的缺陷检测提供了一种有效的检测手段。     

进水方式对水冲压发动机性能的影响

在一次燃气参数及总水燃比相同的情况下,研究了进水方式对水冲压发动机性能的影响,所得结论得到了试验结果的部分验证。研究表明,要使发动机获得较高比冲,进水方式的设计至少应该遵循两个原则——一次进水流量和活性铝粉流量接近1∶1;后部进水位置尽量靠前,以使所有水雾都能完全蒸发。     

降雨条件下翼型的气动特性

采用计算流体力学方法对降雨条件下翼型的气动特性进行了研究.通过求解定常可压的Navier-Stokes方程来计算流场,采用拉格朗日法对流场中的雨滴轨迹进行了模拟跟踪,得到了翼型表面的雨滴收集率;建立了水膜层数学模型,并假定水膜层沿着翼型表面的法向方向增长,预测了降雨引起的翼型外形的变化,并得到了水膜层表面的粗糙度高度;采用k-ωSST(shear-stress transport)两方程湍流模型结合增强的壁面函数,研究了降雨对翼型气动特性的影响.结果表明,在低迎角范围内,降雨对翼型的升力系数和阻力系数影响很小;当达到失速迎角后,降雨会引起上翼面边界层气流的提前分离,造成翼型气动性能的严重损失.      

三维复杂表面水滴撞击特性计算

为预测多段翼和发动机进气道等三维复杂形状表面在结冰气象条件下的水滴撞击特性,提出了一种基于欧拉两相流模型求解水滴收集系数的方法.空气相和水滴相认为是单相耦合的,空气流场由Euler或Navier-Stokes(N-S)方程独立求得.给出了一种水滴相撞击壁面边界条件的处理方法.为避免因局部水滴容积分数异常而导致计算发散,提出了一种自适应的数值扩散模型以增加高阶计算的稳定性.验证计算了圆柱、MS(1)-0317翼型、球面等典型二三维物面的收集系数,并计算了水滴直径呈某种分布时的情形.与公开发表的试验数据对比表明,计算方法准确有效,能很好的应用于三维复杂表面的水滴撞击特性预测.      

超声速高温冲击射流注水流场实验研究

为了降低发动机羽流冲击流场的温度,减弱其对发射装置的冲击和烧蚀作用,对超声速高温冲击射流的注水流场开展了实验研究.通过高速摄影和红外热像仪两种非接触式测量设备对无注水和注水两种状态下的冲击流场进行了对比拍摄,并且使用热电偶对底板冲击区的温度进行了测量.对注水两相冲击流场的结构和温度场分布进行了深入分析和研究,并与无注水状态下流场进行对比,得出了通过注水方式可以减少核心区长度和面积,降低迎气面温度,减弱其热冲击烧蚀效应的结论.     

气泡水体携带能力的测量实验研究

针对水中上升气泡对水体携带作用一直难以测量的问题,特提出利用气泡上升携带水量来表征其能力大小的思想,进而专门设计了相应的实验装置,重点开展了双液分离转相精测技术的实验研究.实验时选取柴油和水构成双液,并分别采用直接测量和转相精测两种方法测量气泡上升携带水量.结果表明:采用双液法可有效分离气泡携带的上升水体;气泡上升携带水量的转相精测值精度高于其直接测量值,且携带水量越小其精度优势越明显,特别是当携带水量很小,直接测量法可能因误差太大而根本无法实施,但转相精测法却可顺利进行.     

风力机防冰热载荷计算

采用一种新的基于压力和剪切力的溢流水流量计算方法进行部件表面防冰热载荷数值模拟。求解雷诺平均N-S方程,嵌入k-ωSST湍流模型获得空气流场;欧拉法求解水滴质量和动量守恒方程,获得部件周围水滴速度分布和表面水滴撞击特性;基于传统的Messinger控制容积思想,分析控制体的各项热流,建立质量守恒和能量守恒方程,引入溢流水质量流量计算方程,封闭控制方程,求解方程组获得表面所需的防冰热载荷。采用本文提出的新的流量计算方法获得了NACA0012翼型表面的结冰冰形,并与试验数据进行对比,说明了流量计算方法的正确性。计算分析了不同条件下表面的防冰热载荷分布,结果表明,工作风速和液态水含量的变化既影响了防冰热载荷大小,也影响了溢流范围,而工作温度仅影响防冰热载荷,水滴平均容积直径仅影响溢流范围。