潜艇动力抗沉非线性效应及计算分析

应用潜艇垂直面非线性操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程,建立潜艇动力抗沉运动方程。数值计算潜艇典型隔舱破损进水后的动力抗沉运动,分析典型隔舱动力抗沉挽回运动和无法挽回运动的特征。针对不同初始航速、初始潜深和破口面积情况,数值计算得到典型隔舱动力挽回限界线。通过对典型隔舱动力挽回非线性限界线的分析,提出潜艇动力抗沉效应的概念,以及衡量潜艇动力抗沉能力大小的衡准参数——高压气吹除动力挽回深度、动力抗沉水动力初速和水动力航速系数,由此分离出潜艇动力抗沉运动中的高压气效应和水动力效应。     

潜艇动力抗沉性能评估研究

在分析影响潜艇动力抗沉的各个因素基础上提出了潜艇动力挽回的判断依据和性能评估方法。将潜艇垂直面操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程联立构成潜艇动力抗沉运动方程，数值计算了某潜艇不同初始航速、初始潜深和破口面积条件下采取动力抗沉措施后艇的运动，并绘制该潜艇动力抗沉性能曲线图。     

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。     

高压气吹除对潜艇动力抗沉影响分析研究

针对当前潜艇利用高压气进行动力抗沉缺乏定量分析,高压气吹除对潜艇影响认识不足的问题,采用计算机模拟仿真方法,仿真分析了吹除不同主压载水舱对潜艇纵倾与潜浮率的影响及挽回效果,结果表明,潜浮率过大将难以控制潜艇以稳定纵倾平稳上浮,在此基础上给出不同舱室进水的吹除建议。     

高压气吹除时机对潜艇动力抗沉影响的仿真研究

在建立破损潜艇高压气吹除模型的基础上,考虑潜艇处理水下舱室破损的常用操纵措施,通过计算机模拟仿真得到不同高压气吹除时机潜艇动力抗沉的主要运动参数变化趋势,分析结果表明,高压气吹除时机在一定情况下对动力抗沉的成功与否起着决定性作用,并提出了动力抗沉时关于高压气使用时机的一些建议。     

航速对破损潜艇动力抗沉的影响分析

潜艇水下破损后,采用正确的航速对成功挽回潜艇深度和纵倾起着至关重要的作用。本文通过建立潜艇水下破损时的运动模型,并在该模型基础上就航速对破损潜艇动力抗沉效果的影响进行分析,提出了不同破损面积、不同深度情况下分别应采取的增速措施。潜艇深度越大,破损面积越大,所需的抗沉速度就越高,以迅速形成有利纵倾使艇上浮。仿真计算结果表明了所建模型的合理性以及所采取措施的可行性。     

舱室进水情况下潜艇的挽回操纵

当潜艇由于各种意外事故造成艇体或通海管路破损进水后,具有淹水舱的潜艇在车、舵和高压气吹除作用下的挽回运动过程复杂而危险。文章借助Laval喷管理论建立了高压气吹除主压载水舱的模型,从而建立起包括舱室进水,用车用舵和舱室吹除等因素在内的,考虑了大攻角影响的潜艇挽回六自由度空间操纵运动模型。同时,针对不同进水部位、不同进水方式和不同航行深度等因素,计算得到了典型的潜艇水下操纵性安全界限图中的进水限制线。     

舱室进水情况下潜艇的挽回操纵

当潜艇由于各种意外事故造成艇体或通海管路破损进水后,具有淹水舱的潜艇在车、舵和高压气吹除作用下的挽回运动过程复杂而危险.文章借助Laval喷管理论建立了高压气吹除主压载水舱的模型,从而建立起包括舱室进水,用车用舵和舱室吹除等因素在内的,考虑了大攻角影响的潜艇挽回六自由度空间操纵运动模型.同时,针对不同进水部位、不同进水方式和不同航行深度等因素,计算得到了典型的潜艇水下操纵性安全界限图中的进水限制线.     

潜艇动力抗沉影响因素仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模;分析了破损面积、破损位置、纵倾以及艇首弃载、延迟时间等因素对破损潜艇应急吹除的影响;纵倾控制在潜艇动力抗沉过程中十分重要,在吹除主压载水舱的过程中,应选择合理的吹除次序,以形成有利于抗沉的姿态.仿真结果验证了所建立模型的合理性和所提出操纵措施的可行性.     

潜艇应急操纵挽回方式控制效果的仿真分析

在美国海军舰船研究与发展中心(DTNSRDC)发表的潜艇标准运动方程的基础上,根据潜艇特殊工况或大功角状态下的水动力特征对潜艇操纵运动方程进行了修正,建立了包括高压气吹除压载水舱模型的潜艇应急操纵模型.依靠建立模型对潜艇应急操纵时操纵首尾舵和高压气吹除压载水舱等挽回方式的效果进行仿真分析,通过算例对分析结果进行验证,结果表明模型仿真的准确性.最后针对挽回过程提出了控制过程中的合理化建议.     

潜艇极限承载力计算与分析

潜艇承载力是指抵抗静力载荷的能力,同时也是其动力抗沉能力大小的一个侧面。采用潜艇垂直面操纵性运动方程,考虑潜艇纵向水动力的平衡,将螺旋桨推力分解成系泊状态的推力和相对系泊状态减少的推力,导出潜艇承载力计算的动力学方程和承载力平衡方程。然后基于承载力平衡方程,提出潜艇极限承载力的4个衡准,并导出衡准参数的计算解析表达式。计算分析表明：螺旋桨是衡量潜艇承载力的重要因素,衡准参数能清晰地表征潜艇极限承载能力的大小,衡准参数的解析表达式可为承载力设计提供依据。     

波浪中破损船舶的运动响应研究

波浪中破损船舶的运动会同时受到波浪激励和进出水的影响,而船体运动也会影响进出水过程,二者的相互影响机理十分复杂.本文重点研究波浪中破舱进出水对船舶运动响应的影响,文中首先基于势流理论建立了考虑破舱进出水的4DOF(横荡-垂荡-横摇-纵摇)相互耦合时域预报方法,在计算中假设舱内的液面水平,利用修正的伯努利方程模拟破舱进/出水,利用Ikeda's经验公式修正阻尼系数.然后以一艘ITTC破损稳性标模为例,研究了波浪中考虑破舱进出水的数学模型以及破舱进出水对运动响应的影响,并研究了不同自由度、破舱口位置对运动响应的影响.研究表明,本文基于势流理论建立的时域预报方法可以定量的预报破损船舶的运动响应.     

淹没条件下水射流喷嘴内外流场特性

基于水射流技术环保、取材方便和切割能力强的特点,提出一种应用水射流切割礁石的方法。通过建立二维平面数学模型,对淹没条件下高压水射流运动特性进行模拟计算。结果表明,射流初始段为冲击速度最大、动压最大且能量最为集中的区域。淹没水深0～30 m内,伴随着水深围压的增加,初始段速度衰减不足5 m/s,衰减程度仅约1. 5%。在水流流速0～5 m/s的淹没环境中,射流初始段受水流冲击作用影响较小,水平方向速度分量变化仅在8. 5 m/s内,射流未发生明显偏离,仍具备较好的冲击流态。     

新型多筒式FDPSO概念设计及其系泊系统分析

为研究新型多筒式浮式钻井生产储卸油轮（FDPSO）的系泊系统及其动力响应特性,评估其系泊系统的疲劳性能,针对新型FDPSO的总体布置,以中国南海1 000 m水深为背景,设计新型储油装置的系泊系统,研究系泊点和导缆孔、系泊缆布置及系缆的结构形式。考虑腐蚀和南海风浪条件,计算系泊系统的动态响应,校核系泊系统的强度,计算系泊状态FDPSO的运动响应和系缆张力。考虑南海西沙波浪分布,采用S-N曲线以及Miner线性累计损伤理论,并采用雨流计数方法,对系泊系统进行疲劳分析。结果表明,设计的多筒式FDPSO的系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用,疲劳寿命大于设计寿命的3倍。     

国外核动力潜艇耐波性理论预报

采用STF理论和Frank源分布-紧密拟合法对国外核潜艇潜望状态进行了纵荡、垂荡、纵摇、横荡、横摇、艏摇和垂向加速度等波频运动耐波性理论预报.给出了不同航速、航向时的规则波运动响应和不同航速、航向、波高、波浪平均周期时的不规则波运动统计值.对典型艇型进行变化稳心高、纵向和横向惯性系数计算.最后对各艇进行了耐波性能比较.     

波浪作用下沉管隧道管段双驳船沉放过程的频域响应

基于线性波理论，应用三维分布源法求解边界积分方程，计算了波浪作用下双驳船施工沉放的沉管隧道管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应。计算中忽略了驳船本身的运动对沉管运动响应以及缆绳受力的影响，缆绳作用力由静力学方法计算。计算结果表明，沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大，并随着沉管沉放深度的增加而减小；随着波浪周期的增大，沉管受到的波浪荷载先增大而后减小；沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大，并随着沉放深度的增加而减小。     

基于体积力模型的潜艇应急上浮运动数值模拟分析

[目的]为了探索潜艇应急上浮运动的规律,基于体积力的螺旋桨简化模型,开展不同航速下潜艇的应急上浮运动数值模拟。[方法]对艇体水下定深直航、上浮以及上浮出水进行数值模拟,对比分析不同航速下潜艇上浮过程中艇的螺旋桨转速与航速的匹配,以及上浮运动时间和艇体姿态的变化。[结果]结果显示,随着螺旋桨转速的增大,潜艇获得稳定航速的时间越短,在水下定深直航运动的时间也越短;无论是纵倾角还是横倾角,其第1次发生变化的时刻、产生峰值的时刻等随转速的增大呈减小趋势,同时随着转速的增大,纵倾角的来回震荡波动时间会越来越长,而横倾角的来回震荡波动时间则越来越短。[结论]相关计算方法和研究结果对潜艇应急上浮运动研究具有一定的实际参考价值。     

潜艇损管应急操纵的运动仿真

利用航行训练模拟研究了破损进水对潜艇水下运动状态的影响，建立了与破损进水和应急处理相应的数学模型，模拟了潜艇发生破损时采用应急措施后艇体的运动状态。仿真结果对于实艇抗沉操纵有一定指导意义。     

潜艇外挂武器模块后的运动建模与仿真

为了对潜艇外挂武器模块后的运动性能进行研究,本文用近似估算的方法推算外挂后潜艇的水动力系数,建立六自由度运动的Matlab数学模型,并对潜艇外挂武器模块前后的5种典型运动进行对比仿真分析.仿真结果表明外挂武器模块对潜艇的运动性能有一定的影响,外挂后潜艇的操纵性降低、应舵性下降,所建立的仿真模型可基本反映潜艇外挂武器模块后的运动特性,可为下一步潜艇外挂武器模块论证奠定一定的理论基础.     

考虑静水压力的加筋圆柱壳体径向碰撞机理研究

水下碰撞是水下结构物的主要事故形式之一,而深水静压载荷环境下的碰撞、触礁等问题是深水静压和碰撞联合载荷作用下的结构响应问题,是最为危险的碰撞环境.采用MSC/Dytran大型非线性动力有限元程序,建立数值有限元模型,考虑深水静压和外物撞击的联合作用,进行深水静压环境、无水压力环境下以及不同撞击载荷多工况碰撞环境和撞击历程的数值分析,对加筋圆柱壳体碰撞载荷作用下的变形、失效机理和变形历程进行比较,分析了不同速度、质量撞击物撞击载荷作用下撞击强度、深水压力载荷等对碰撞历程的影响和加筋圆柱壳体深水碰撞环境下的动态响应特性和碰撞机理.结果显示:由于准静压载荷的附连联合作用,撞击形变将不可避免地带来准静压载荷的做功,其能量将直接由结构吸收,从而将导致加筋圆柱壳体结构的防撞能力急剧下降.同时,随着静水压力的增大,撞击初始阶段所产生的小变形将导致圆柱壳体的整体环向失稳,从而导致壳体整体迅速压溃,因此,深水环境下结构碰撞问题的研究主要是结构的初始稳定性问题的研究.圆柱壳体通过横向平台的加强后将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,从而能够明显地改善加筋圆柱壳体结构的径向耐撞能力.