基于STAR-CCM+的潜艇无动力低速下潜受力仿真

本文以SUBOFF AFF-8全附体潜艇模型为研究对象,对微型潜艇在执行特种任务时以3种速度、8种纵倾角姿态的组合做下潜运动的受力进行仿真。通过改变不同来流速度以模拟潜艇在不同速度下的稳态下潜,得到潜艇8种姿态下以不同速度的阻力和纵倾力矩,从而给潜艇下潜时调节首、尾压载保持受力平衡提供依据;同时进行潜艇在水下直航状态的垂向力系数和纵倾力矩系数仿真验证,结果与试验值对比误差较小。     

基于STAR-CCM+的潜艇无动力低速下潜受力仿真

本文以SUBOFF AFF-8全附体潜艇模型为研究对象,对微型潜艇在执行特种任务时以3种速度、8种纵倾角姿态的组合做下潜运动的受力进行仿真。通过改变不同来流速度以模拟潜艇在不同速度下的稳态下潜,得到潜艇8种姿态下以不同速度的阻力和纵倾力矩,从而给潜艇下潜时调节首、尾压载保持受力平衡提供依据;同时进行潜艇在水下直航状态的垂向力系数和纵倾力矩系数仿真验证,结果与试验值对比误差较小。     

潜艇近水面航行兴波特征研究

潜艇作为一种水下航行器,其近水面运动时产生的绕流场远比无界直航运动时要复杂得多,其近水面航行时对自由液面的影响不容忽视。本文采用粘性流体力学计算方法,对SUBOFF潜艇近水面航行时的粘性绕流场进行模拟,对自由液面的兴波进行计算,并对波形特点进行深入分析。通过本文的研究,得到潜艇近水面航行时自由液面兴波的特点和相关规律。     

潜艇近水面航行兴波特征研究

潜艇作为一种水下航行器，其近水面运动时产生的绕流场远比无界直航运动时要复杂得多，其近水面航行时对自由液面的影响不容忽视。本文采用粘性流体力学计算方法，对SUBOFF潜艇近水面航行时的粘性绕流场进行模拟，对自由液面的兴波进行计算，并对波形特点进行深入分析。通过本文的研究，得到潜艇近水面航行时自由液面兴波的特点和相关规律。     

斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型研究

喷水推进船舶在转向运动时推进器的进流条件与直航状态存在明显差异。基于RANS方法对斜流角在0°～30°范围喷水推进系统的进流和推力特性进行数值模拟。研究表明：随着斜流角的增加，半椭圆形进口获流区的宽度增大而厚度减小，斜流工况下边界层影响系数近似等于直航工况下边界层影响系数与斜流角余弦的乘积。在非空化条件下，当喷水推进船舶作转向运动时，进口流道效率降低是推进器性能下降的主要原因。基于数值模拟结果，建立了斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型，对经过推进系统的水流进行速度修正和船体边界层修正，提出了斜流工况下推力预估公式并进行了验证。     

潜艇尾部流场的数值模拟

对潜艇实艇体周围三维流场进行数值模拟探讨，选用标准k—ε和RNG k—ε两种不同的湍流模式进行雷诺平均N—S方程计算。计算使用Fluent软件得到潜艇三维流场的速度分布，着重研究其尾部螺旋桨盘面处的伴流，并将两种湍流模式计算的结果进行比较。     

非对称半潜式起重平台流载荷数值分析

基于计算流体力学(CFD)软件FINE/MARINE对非对称半潜式起重平台的流载荷进行了研究,完成了流向角0°～360°(间隔15°)共计25种工况下平台流载荷的计算。重点对流载荷随流向角的变化规律、载荷系数及平台附近流场分布等特性进行了研究。结果表明,在来流速度相同的情况下,流向角变化对平台周围流场分布有较大影响,60°流向角时平台的流载荷最大。通过平台在自由面上的流场分布,可以分析流载荷的变化规律。     

基于操纵性的潜艇指挥室围壳外型优化数值研究

潜艇做水平面转向运动时,指挥室围壳处于有漂角的斜流之中,受主艇体与围壳干扰后的流场作用于艇上产生的水动力与力矩,使潜艇常伴随出现另外2个坐标平面上的耦合运动,即横倾、纵倾和潜浮运动,而围壳的高度与外形特征对耦合运动的幅度有直接的影响.文中对一近似常规潜艇模型的指挥室围壳进行优化,得到了低矮化、流线型化的3种围壳模型,采用CFD方法计算比较了这几种模型在漂角β(0,°10°)内与耦合运动有关的水动力性能及表面压力分布,计算表明低矮化、后缘流线型化的围壳能有效降低艇体水平转向时的横倾与纵倾幅度,为潜艇指挥室围壳的外形优化设计提供参考.     

潜艇斜航工况下操舵水动力及绕流场数值研究

潜艇大舵角状态下的水动力性能与潜艇大机动状态下的操纵性能之间存在密切联系,基于STARCCM+中的RANS与DES求解器开展SUBOFF潜艇斜航工况下操舵水动力及绕流场数值预报研究,分析不同数值方法获得的潜艇纵向力、横向力、转首力矩以及潜艇绕流场随舵角的变化规律,以及相应的泄出涡系结构、流线分布和压力分布,揭示了潜艇操纵工况下水动力性能与绕流场间的内在联系。研究表明,DES方法在潜艇操纵工况下的水动力性能预报及流场细节捕捉方面优势明显,验证了其在研究潜艇大机动状态操纵性能方面的有效性。     

舵对螺旋桨线谱噪声的影响

为比较不同舵形状时潜艇螺旋桨的线谱噪声变化规律,建立非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报方法,通过CFD方法数值模拟X形舵和十字舵潜艇的非均匀速度场,对两种流场条件下七叶侧斜桨的辐射线谱噪声进行数值预报。结果表明,X形舵潜艇所产生的线谱噪声幅值比十字舵时要大,尤其体现在高阶叶频处。     

翼板扰流器的参数对海底管线水动力特性的影响

利用计算流体力学数值模拟方法,结合RNG k-ε湍流模型,对安装翼板扰流器的海底管线绕流进行了二维数值模拟。以不同布置形式的翼板扰流器为研究对象,通过改变间隙比和翼板高度,探讨其对海底管线绕流水动力特性的影响。计算结果表明：间隙比为0．3时,翼板扰流器抑制的效果更好,受力情况良好,且A60型翼板管线效果最佳;间隙比相同时升力系数和阻力系数随着翼板高度的增加而增大。建议实际工程中,应尽量避免翼板管线的悬空高度,同时可在管线的不同展向安装不同角度的翼板扰流器,以破坏涡旋发放的规律性。     

操纵运动潜艇水动力计算研究

采用FLUENT软件对一模型艇在不同漂角下运动的升沉力系数和表面压力分布进行计算,验证了该软件解决此类问题的有效性。在此基础上,对作操纵运动的潜艇主体和带附体的全艇体,在一定攻角和漂角下的垂向力、俯仰力矩和横向力、纵倾力矩进行计算,取得了工程上较为满意、实用的精度,为解决潜艇操纵运动水动力预报的困难做出了有益的探索。     

水下船舶低频段典型单机工况下声辐射特性研究

该文旨在探讨潜艇各设备单机工作下引起的船舶结构水下声辐射特性。基于ABAQUS声固耦合算法模拟水下结构在无限流场中的声辐射问题,对潜艇结构进行各种单机工况低频段的频域内的计算和分析。首先找出各工况下流场中辐射声压随频率的变化规律及沿船长的分布规律,再比较出各个设备单机工作时对声辐射的贡献量大小,以便针对不同工作频率段的噪声主要振动源,采取浮筏等隔振措施。由此可见,开展各个设备单机激励作用下的潜艇水下辐射噪声特性分析,对于提高潜艇水下声隐身能力具有重要意义。     

近冰面航行潜艇阻力及绕流场分析

[目的]采用数值模拟方法探究潜艇近冰面航行时的水动力性能。[方法]选取Suboff全附体潜艇模型为研究对象,在STAR-CCM+软件中采用RANS方法,再结合SST k-ω湍流模型和体积分数法计算艇体的水动力性能。然后进行网格无关性验证以及近冰面水动力特性分析的方法验证,以确定计算方法的有效性。[结果]结果表明,潜艇近冰面航行时,潜艇的总阻力系数CT在同一弗劳德数下随潜深的增加而减小,在同一潜深下随弗劳德数的增加而减小;在同一弗劳德数下,当无量纲深度大于1.63时,潜深几乎不影响艇体的阻力系数。[结论]研究表明,潜艇的总阻力系数受弗劳德数以及潜深的影响较大,随着潜深的增大,潜深对阻力系数的影响将逐渐减小。     

基于 DES 方法的张力腿平台主体结构水动力特性研究

考虑张力腿平台立柱和浮箱之间的相互影响,通过分离涡模拟法（DES）对均匀流下张力腿平台主体三维水动力流特性进行了研究,讨论了张力腿平台阻力系数、升力系数及其频谱、压力系数和尾涡等特性。研究表明：阻力系数和升力系数时历曲线变化具有一定的周期性和“脉动性”;下游立柱受到上游立柱尾涡作用,导致下游立柱阻力系数较上游立柱阻力系数略大;下游立柱升力系数幅值较上游立柱升力系数幅值大,下游立柱泄涡具有明显的周期性特点;升力系数时历变化呈现紊乱,频谱图中谱峰个数越多且带宽越大。立柱表面压力系数呈现出“W”型且张力腿平台主体周围具有不同垂向流态形式,稳定脱落周期下通过压力系数最大值判断撞击点等特殊位置,压力系数最小值判断尾涡所附位置;尾涡具有高度各向相异性,不同来流方向下张力腿平台主体尾后出现不同尾涡结构和流形态。     

Effects of bulbous bow on cross-flow vortex structures around a streamlined submersible body at intermediate pitch maneuver: A numerical investigation

A flow field around a streamlined body at an intermediate angle of incidence is dominated by cross-flow separation and vortical flow fields. The separated flow leads to a pair of vortices on the leeside of the body; therefore, it is essential to accurately determine this pair and estimate its size and location. This study utilizes the element-based finite volume method based on RANS equations to compute a 3D axisymmetric flow around a SUBOFF bare submarined hull. Cross-flow vortex structures are then numerically simulated and compared for a submarine with SUBOFF and DRDC STR bows. Computed results of pressure and shear stress distribution on the hull surface and the strength and locations of the vortex structures are presented at an intermediate incidence angle of 20°. A wind tunnel experiment is also conducted to experimentally visualize the vortex structures and measure their core locations. These experimental results are compared with the numerical data, and a good agreement is found.     

螺旋桨扰动速度场数值预报

本文给出了螺旋桨周围流场的预报方法及其数值计算结果。本方法以具有涡分布和源汇分布的升力面来构造螺旋桨对流场的状动。升力面取奖叶拱弧面。根据桨叶表面流动不穿透条件解出升力面奇点后，然后再求它们对流场的扰动。敞水螺旋桨的脉动速度计算结果与试验结果吻合良好。     

潜艇航行深度规划方法研究

指出传统单点航深选择方法的缺陷,提出潜艇航行深度规划的概念。依据潜艇航行深度规划定义,设计潜艇航行深度规划方法。通过仿真结果可以看出:该方法权重选择简单,收敛速度快,能够有效地解决大范围海区中的潜艇航行深度问题。     

基于载人潜水器的深海敷缆运动仿真

提出了基于载人潜水器搭载海底敷缆装置的深海敷缆作业方式，建立了载人潜水器深海敷缆运动的二维稳态模型，仿真分析了余量敷缆时不同航行速度和放缆速度组合、潜水器相对海流速度、敷设余量、航行高度和海缆重量等参数对敷缆运动的影响。分析发现海缆张力随着敷设速度、潜水器相对海流速度、海缆重量的增大而增大，随着敷设余量的增大而减小；海缆水中位形曲线随着敷设速度、潜水器相对海流速度增大而趋于平缓，随着海缆重量的增大而更加陡峭，放缆速度的变化则对海缆位形曲线无影响；潜水器航行高度的变化对缆形和张力分布都没有影响，只是随着高度的增加，缆形和张力在原来的高度基础上有一定的延伸。