基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究评述

潜艇倒航操纵性研究是潜艇操纵性领域的难点问题。在调研和查阅了大量文献资料的基础上,综述了国内外潜艇倒航操纵性研究的发展概况,着重对潜艇倒航操纵运动数学模型、基于CFD的数值操纵水池技术和潜艇倒航运动操纵性能分析方法等方面存在的问题进行讨论,分析了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的可行性,提出了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的基本方法、需要解决的重点问题及关键技术。     

潜艇倒车倒航操纵性能分析

潜艇的倒车倒航是一种具有重要战术意义的机动方式,但其操纵控制也是相当困难的.通过对典型翼型的倒航水动力性能比较分析,结合潜艇倒车倒航工况下艇体和舵的受力特点,研究潜艇倒车倒航时的运动规律和操纵方法,结论对潜艇倒航的操纵提供指导.     

船舶的倒航操纵性

本文首先对船舶倒航时操纵困难的原因进行了分析。在用短翼理论得到了r’O和δ_K的近似解析式后指出,航向稳定性和操纵力是倒航操纵性的两个构成要素。详细讨论了船体参数对倒航操纵性的影响。并推荐r'O作为倒航操纵性指数、自动回转试验作为标准试验。     

潜艇空间强机动操纵安全性仿真计算与分析

随着潜艇技术的发展,研究潜艇空间强机动的运动特性、操纵控制方法和战术运用,已成为提高潜艇作战能力和生存能力亟待解决的课题.依据潜艇操纵性理论,采用潜艇空间六自由度运动方程为仿真数学模型,对某型潜艇进行空间强机动时的操纵安全性进行了仿真分析,研究了潜艇强机动的操纵控制措施和方法.     

船舶水面拖航系统运动性能研究进展

综述船舶水面拖航系统运动性能研究的进展情况,按照经验公式与图谱研究法、水池试验研究法和数值计算模拟研究法等3种方法进行分类,阐述拖航力计算方法、拖航系统水池试验技术、拖带船舶水动力载荷与运动特性和拖带系统操纵运动模拟方法等方面的技术现状,为拖航系统运动性能研究提供参考。     

计及陀螺效应的潜艇动力学仿真实现方法

对于装有旋转装置的水下航行体(如潜艇)而言,旋转体的陀螺效应会影响其运动与操纵性,因此有必要对其进行定量分析.本文基于Matlab研究包含陀螺力的潜艇六自由度数学模型仿真方法,采用龙格库塔法将包含陀螺力的潜艇六自由度数学模型转化为仿真模型,编制了数值仿真程序,并实现了仿真结果的数据可视化,从而为研究在考虑陀螺效应情况下的潜艇运动与操纵特性奠定了基础.     

双桨客货轮自航船模操纵性试验研究

本文通过一组典型双桨船型,即常规船型、双尾鳍型及双尾型船的自航船模操纵性试验,探索了双桨船的操纵特点,分析研究了螺旋桨旋向及船型对操纵性的影响规律。研究表明:内旋桨使回转性及错车性能略有下降,但错车仍有正常转向,车舵并用能得到理想的效果。内旋使倒航性能大为改善,使倒航可操。单机倒航时出现有规律的反常转向,可利用作为倒航的操纵手段。双尾鳍船的回转性能优于另两种船型,倒航性能及车舵并用的转首性能亦优于常规型船,是具有良好操纵性的一种船型。双尾鳍船型配以内旋桨方案有广阔的应用前景。     

潜艇舵卡和舱室进水情况下的安全性研究

在潜艇空间运动方程基础上，结合潜艇大功角操纵性水动力试验，考虑了大功角状态下的水动力系数项对潜艇状态的影响，建立了完整的潜艇应急挽回操纵模型和高压气吹除压载水舱模型。模拟了目标潜艇艉升降舵卡和潜艇不同部位破损进水典型事故，确定了不同事故情况和不同挽回方式下的深度和速度限制安全操纵运动图，并讨论了最佳操纵方案和限制线上潜艇状态特性。仿真结果表明，数值模拟能够较好的预报潜艇舵卡和进水情况下的性能，以及潜艇能成功挽回浮出水面的能力。     

潜艇操纵面几何参数敏感性计算研究

以潜艇垂直面操纵运动线性运动方程为基础,以反映潜艇垂直面操纵性特征的典型技术指标为评价体系,提出了潜艇操纵面几何参数敏感性概念,采用敏感性指数作为评估操纵面参数对潜艇垂直面操纵性影响的指标.在主艇体参数固定条件下,为潜艇设计了系列参数的首尾操纵面,采用Bohlman的水动力估算方法,估算了该艇的线性水动力系数.在水动力估算和敏感性概念的基础上,开展了大量的敏感性计算,分析计算结果得到了潜艇首尾操纵面几何参数不影响潜艇逆速,尾操纵面对首舵升速率有很强影响等结论.     

冰区航行船舶操纵性研究综述

极地资源的开发和北方航道的通航对冰区船舶操纵运动性能提出了更高的要求和挑战。论文梳理了冰区航行船舶遭遇不同冰况时的操纵性特点,分析了冰区船舶操纵问题的本质,对国内外冰区船舶的全尺度和模型的操纵性试验、冰-船相互作用下的操纵性数值预报研究进展进行了介绍。冰区船舶操纵性的研究主要应用基于经验公式的半数值计算方法,仍是一个较新的领域。     

风帆助航船操纵性研究

文中首先建立了风帆助航船的数学模型,计算和分析了帆对船在风中的风速限界线和可自由操纵区的影响,利用最优控制理论推导出使船在风中回转战术直径为最小的操帆规律的近似公式。然后对风帆助航船在风中的回转性能进行了数值计算,研究了帆的位置对船舶操纵性的影响。结果表明,风帆助航船若帆的位置布置得当,且适当地操帆,则其在风中的船舶操纵性能比未装帆时要好得多。     

流激围壳结构的低频噪声数值模拟研究

围壳结构是最重要的突出结构,其噪声水平关乎水下航行器的使用效果。本文通过有限元结合边界元数值计算的方法,对多种围壳结构不同条件下的典型流激围壳辐射噪声进行理论数值仿真研究,研究结果表明,不同航速和不同结构下的流激围壳辐射噪声特性存在一定差异,为围壳结构的线型设计及实际操纵提供重要的理论依据,具有一定的工程应用价值。     

潜艇指挥室围壳顶部型线构型

采用求解RANS方程的数值计算方法,运用计算流体力学数值计算手段,对不同的指挥室围壳顶部外型进行阻力、流场、压力分布数值模拟及数值优化分析,并验证了数值计算方法的可靠性。     

潜艇艏舵绕流场的数值模拟

为了研究艏水平舵位置对于艉部流场的影响,将艏水平舵布置在指挥室或主艇体上(分别称为围壳舵和艏舵)。通过对SUBOFF进行数值模拟计算,验证网格划分方式和数值计算方法的正确性,并将该方法应用于围壳舵和艏舵模型。计算结果表明,在采用较好的流线型指挥室的情况下,采用艏舵形式有利于艉部伴流场的均匀性。     

潜艇围壳舵和首舵水动力性能比较

安装在潜艇上的首部水平舵位置对于潜艇在垂直方向的稳定性以及操纵性具有重大意义.本文首先通过Fluent 14.0计算Suboff模型的阻力以及DTMB舵型的升、阻力,仿真结果与实验结果吻合较好.然后计算带围壳舵Suboff潜艇和带首舵Suboff潜艇的阻力、升力特性,并比较了潜艇带首舵和围壳舵的升阻力特性差异,以及对艇体表面压力分布和尾部流场的影响.计算结果显示,相同舵角下,围壳舵和首舵阻力相差不大,围壳舵升力比首舵升力大.相同舵角下,潜艇总阻力相差不大,带首舵潜艇总升力、总力矩比带围壳舵潜艇总升力、总力矩大.围壳舵舵角的变化对艇体表面的压力变化影响相对首舵来说较小.围壳舵和首舵在较大舵角下,都会对尾水平舵产生显著影响.     

风帆辅助推进船舶操纵可控区研究

加装风帆后的船舶在低速时的航行特性有别于无帆情形。为确保低速航行安全,基于MMG非线性运动方程,计算了有、无风帆情况下的船舶操纵可控区。运动方程中的船体水动力系数、舵模块参数等由经验公式得到,帆/船整体气动力系数由基于滑移网格方法的CFD手段获得。计算结果表明:不同帆攻角下的船舶自由操控区不同,通过合理的帆/舵联合操纵,可以扩大风帆辅助推进船舶低速航行的可自由操控区,增强其在风中的抗风能力。     

潜艇操纵性水动力数值计算中湍流模式的比较与运用

湍流模式的选取对潜艇操纵性水动力数值计算精度有着重要影响,采用六种湍流模式计算了SUBOFF主艇体及主艇体加指挥室围壳两种模型在一定漂角范围内的潜艇操纵性水动力,并与试验值进行了比较,结果表明SSTk-ω模型更为适合潜艇操纵性水动力计算。在此基础上对SUBOFF全附体模型在一定漂角和攻角范围内的艇体水动力进行预报计算,并对该计算方法应用于潜艇操纵性水动力预报计算的计算精度与适用范围进行了探讨。     

基于潜艇模型尾流湍流强度和耗散率的CFD模拟

优良的隐身性能使得潜艇具有强大的突防能力,因此,控制潜艇尾流信号特征对于提高潜艇隐身性能意义重大,这些信号特征主要包括尾部湍流强度、湍动能、湍流耗散率等。同时,优良的艇型对于抑制尾流信号特征、提高潜艇快速性和隐身性也具有重要意义。基于此,采用RANS方法计算SUBOFF潜艇主艇体艇型及6种改良艇型的艇体粘性绕流,将CFD方法用于分析艇体半径、艇艏长度、艇艉长度等参数对潜艇尾流信号特征的影响。计算结果显示：在SUBOFF潜艇主艇体艇型及其6种改良艇型的尾流场中,增加艇体半径有利于抑制远尾流场湍流信号特征,在近场则不利;增加艇艏长度能降低近尾流场湍流信号特征,在远场影响较小;增加艇艉长度在近、远尾流场均有利于降低其信号特征。