《小型水下高速運動體自主測速基礎理論研究》是依託南京理工大學，由馬少傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：小型水下高速運動體自主測速基礎理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬少傑
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於水下環境的限制，目前許多大氣中的測速方法不能直接套用於水下。小型水下高速運動體（φ100mm×1000mm以內）為實現全航跡實時定位，迫切需要開展水下自主測速技術及相關的理論研究。針對小體積水下高速運動體自主測速技術需求，本課題提出一種基於渦輪的小型水下高速運動體自主測速方法，建立基於力矩平衡渦輪轉動粘性數學模型，研究渦輪參數多變數非線性最佳化設計方法和高速情況下空化現象對渦輪測速的影響及消除措施。採用理論分析結合水下流體機械高速旋轉兩相流動流體仿真技術及高速空化水洞實驗的方法，揭示渦輪轉速與載體運動速度的內在關係與規律，闡明流體特性與空化對渦輪測速的影響，完成小型水下高速運動體自主測速技術的相關基礎理論問題研究。本課題的完成將獲得小型水下高速運動體自主測速理論數學模型，流體特性和空化對速度影響規律，及水下自主測速誤差成因及消除方法，解決軍事、民用領域小型水下高速運動體自主測速技術難題。
結題摘要
由於水下環境的限制，目前許多大氣中的測速方法不能直接套用於水下。利用渦輪測速具有精度高、重複性好、量程範圍寬、體積小等優點，與測速渦輪機構類似的渦輪流量計是最常見的較高精度的流量測量裝置，廣泛套用於測量各種氣體、液體、以及多相流體。開展水中小型高速運動體自主測速基礎理論研究，可解決軍事、民用領域小型水下高速運動體自主測速技術難題,同時該研究對相關水中兵器的設計具有重要意義。本研究的主要工作內容如下： 本研究首先設計了外置共形渦輪以及內置渦輪測速機構，而渦輪尾部安裝有小磁體，通過安裝在運動體內的霍爾器件感應磁場變化即可獲取轉速。以某水下小型高速運動體為例，通過設計相關仿真方法和實驗手段，較為全面地分析了該運動體的流場環境激勵。建立了水中小型高速運動體自主測速渦輪轉動數學模型。研究了基於粘流理論的水中高速運動體兩相流CFD技術以及三維非定常CFD模型，研究了高速運動體周圍的空化流場的特性。利用三個特徵長度對空化強弱進行量化，通過理論分析和仿真方法研究了空化的速度比尺效應。研究了空化對測速渦輪的影響及渦輪機構對水中高速運動體外彈道性能的影響。分析了空化初生及其影響因素，介紹了空化試驗研究的方法，並分析了空化隨流體動力學特性的影響。研究了不同環境條件下測速渦輪的輸出特性及內置渦輪機構的最佳化方法。進行了原理樣機的製作及實驗研究，並設計了水中彈藥流場環境的實驗方法，完成並實施了相關模擬實驗方案。
