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.     

潜艇水下动力抗沉技术研究

潜艇水下动力抗沉技术是提高潜艇生命力的重要措施。阐述了国内外潜艇水下动力抗沉技术发展现状,重点探讨了高压气吹除技术的模型和肼吹除技术的原理,并且举例说明高压气吹除技术对潜艇水下动力抗沉具有良好的效果。最后与高压气吹除相比较,结论得出肼吹除技术也具有很好的应用前景。     

潜艇抗沉辅助决策系统研究

潜艇抗沉辅助决策系统是提高潜艇损管指挥效能的有效途径。根据潜艇不沉性理论,结合潜艇不沉性的数学模型,针对潜艇水上和水下发生破损情况,建立辅助决策模型,给出了包括浮态、稳性、破损舱室灌注时间等信息的计算方法。基于潜艇水下抗沉要求,提出了高压气使用的优选方案和平衡艇体步骤,对潜艇抗沉训练、战场抢修和生命力保障提供了信息支持。     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

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。     

潜艇高压气吹除主压载水舱系统模型研究

潜艇发生舵卡和舱室进水事故后,最有效的方法是通过吹除主压载水舱获取正浮力和校正力矩来挽回潜艇,高压气吹除主压载水舱模型建立的准确与否直接关系到潜艇挽回成功与否。因此,有必要开展高压气吹除主压载水舱模型研究。本文分析了潜艇高压气吹除主压载水舱物理模型特征,建立了高压气吹除主压载水舱短路吹除和常规吹除模型,并进行了仿真计算,为开展物理模型实验提供理论依据。结果表明,拉瓦尔喷管流量模型比较适用,压载水舱的排水量主要取决于高压气吹除率和高压气吹除使用方式,相同条件下某型潜艇高压气吹除系统短路吹除的排水量是常规吹除的2倍多。     

潜艇大攻角操纵运动预报

舱室破损进水是造成潜艇失事的主要险情之一.文中针对潜艇首部破损进水并采取应急吹除上浮时出现的大攻角运动状态,建立了潜艇大攻角操纵运动数学模型.通过数学模型中有、无考虑大攻角水动力修正的两种形式,对潜艇首部舱室破损进水的挽回操纵进行了仿真预报比较.仿真结果表明,潜艇在大攻角状态下的操纵运动预报,数学模型中考虑了大攻角水动力修正后的预报更加合理.而且,在潜艇舱室破损进水采取应急吹除挽回时,需要重点关注升降舵对纵倾的控制.     

潜艇高压气吹除主压载水舱研究综述

采用高压气吹除主压载水舱是潜艇发生通海管路破损或高速航行尾卡大的下潜舵角时,最有效的挽回控制手段,因此,高压气系统对潜艇的安全航行具有举足轻重的作用。本文综述目前潜艇高压气吹除主压载水舱研究领域的进展情况、存在的问题和下一步应重点突破的方向,对潜艇高压气系统总体设计、高压气系统的合理使用、潜艇高压气吹除挽回控制等方面都具有指导意义。     

基于Fluent的潜艇高压气排水速率深度影响研究

深度是潜艇高压气排水速率的重要影响因素之一。基于Fluent流体计算软件,应用VOF两相流模型对高压气吹除主压载水舱过程进行数值模拟,研究高压气排水速率随潜艇深度变化的规律,并提出高压气在使用过程中所需注意事项。数值结果表明,在高压气吹除初始阶段,排水速率会有短时的波动过程。另外,随着潜艇深度增加,高压气稳定排水速率呈指数下降趋势,因此在潜艇应急浮起过程中,应适时解除水舱压力,以控制好潜艇纵倾和深度。     

潜艇舱室破损时的定深操纵运动仿真分析

潜艇水下发生舱室破损事故后,操纵潜艇使其在某一较浅深度定深航行是一种非常重要的动力抗沉手段,对保持潜艇的水下隐蔽性意义重大。基于潜艇垂直面运动非线性方程,对潜艇首、中、尾部舱室分别发生破损时的定深操纵运动进行仿真,分析潜艇在上浮及保持深度过程中的运动特性,并提出相应的高压气应急使用方法。     

破损进水舰船非线性横摇运动的实验研究

通过设计破损舰船非线性横摇运动实验,对不同状态下的船模进行定频率变波高和定波高变频率的横摇激振试验,探讨舰船横摇运动的水动力特性随横摇频率和横摇幅角变化规律,分析Ⅱ类和Ⅲ类进水舱对破损舰船横摇运动的水动力特性的影响。运用混沌信号识别技术分析破损舰船进水后横摇运动的混沌特性,验证数值仿真的结果,预报破损舰船在规则波中的横摇运动的幅频响应和相频响应。