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。     

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.     

潜艇的空间机动及控制

阐明潜艇空间运动的分类，现代操艇系统的组成及其与战术的一般关系，用DTNSRDC的标准运动方程仿真计算了某模型艇的空间运动主要特性，最后给出了估算操纵界限图的方法和差动舵的概念。     

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.     

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题,本文在验证数值计算方法可行性的基础上,开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著;而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象,这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。     

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。     

基于模糊评判的潜艇舵卡应急操纵研究分析

为了提高潜艇舵卡应急操纵的有效性和针对性,利用模糊多属性决策方法,将模糊评判应用于潜艇舵卡危险状态分析中,建立了舵卡危险程度判断的模糊评判系统。根据该系统的操艇建议进行舵卡挽回操纵。详细介绍了建立模糊评判系统的过程,并对评判结果作了细致处理。仿真结果表明,该系统具有良好的实用性。该技术为潜艇抗沉研究提供了一种新的方法。     

潜艇垂直面分离型数学模型及其干扰因子分析

潜艇垂直面分离型操纵运动数学模型是以艇体(H)、螺旋桨(P)、艉附体(R)和围壳舵(B)各自单独的水动力性能为基础,再加上H、P、R、B相互之间的流体动力干扰组成.该模型便于处理实艇和模型的相互关系(如模型舵失速问题的修正等),也有利于了解艇体、螺旋桨和附体对水动力的贡献,同时还便于积累资料和迅速估计设计方案的局部修改带来的潜艇操纵性能的变化,对于工程设计、计算有其独特的优势.潜艇垂直面分离型操纵运动数学的建立关键在于确定干扰系数,模型干扰系数可分为三类,第一类是艇体对附体的干扰系数:γB、ιB、γR、和ιR;第二类干扰系数为附体对艇体水动力的干扰:tB、aB、tR和aR;第三类为螺旋桨对水动力影响κ.文中介绍了干扰系数的确定方法,以及模型与实艇干扰系数换算关系.     

艇尾共翼型舵水动力和尾流场特征的数值计算研究

为了研究共翼和非共翼两种方式的舵翼操纵面在艇体影响下的水动力性能和尾流场品质,对SUBOFF潜艇标准模型的尾部水平操纵面分别进行了共翼型设计和非共翼型设计,并采用数值模拟方法,计算了两种操纵面产生的艇体水动力和尾流特征。对比分析结果表明:舵角小于10°时,采用共翼型舵的艇体俯仰力矩和潜艇总垂向力比非共翼型增大30%以上;舵角大于10°后,随着舵角增大水动力优势减小,25°舵角时水动力性能基本相当。共翼型舵能够明显消减舵翼结合部涡流,可以增大舵后尾流低速区流体的速度,提高潜艇尾流场品质。采用共翼型舵的尾操纵面设计方式,对于提高潜艇操纵性水动力、改善潜艇尾流区流场品质都能起到积极效果。     

艇体、聚合物与流体动力学

潜艇艇体和内部设备的要求与水面舰艇有很大差别，潜艇艇体必须承受几手次潜浮的水下压力，其外部应是流线型，艇体上任何外凸部分均会产生阻力和噪声。潜艇内部必须注意消除噪声源，或防止噪声扩散。由于潜艇必须在海上独立航行，所以其内部布置不仅应容纳人员与设备，还应能进行任何故障和损伤的判断与维修，所有这些都对艇体提出了很高的要求。潜艇内部设备的改进远不能满足潜艇隐身的需要，而研究和开发新型的艇体材料，例如聚合物，与流体动力学有密切的关系，这样才能明显改进潜艇性能，建造出全新的潜艇进入新世纪。     

基于STAR-CCM+的潜艇舵翼水动力性能研究

潜艇舵在设计的时候并未充分考虑潜艇伴流以及螺旋桨的影响,导致实际上舵的水动力效果与设计值存在偏差。为了解这种影响的大小,利用Star-CCM+分析棱柱层、湍流模型、网格离散、定常与非定常方法对敞水舵计算结果的影响,并选择较佳的物理模型对SUBOFF潜艇上的单独舵、直航打舵以及斜航工况进行计算,并将水动力计算结果与水池试验值和风洞试验值进行比较,分析艇体伴流对舵翼水动力的干扰,更深入认识艇体对舵的水动力影响,为优化潜艇舵翼设计提高潜艇操纵性以及降低噪声提供了参考依据。     

潜艇艉升降舵卡舵事故的抗沉技术

本文论述了潜艇在水下发生升降舵卡下潜舵事故对艇造成的危害和对抗事故的挽回措施，探讨了提高潜艇对艉升降舵卡下潜舵事故挽回能力的措施及其效果。这些措施对提高现代潜艇的生存能力有重要作用。     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

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。     

北极海域潜艇浮起操纵控制研究

针对潜艇在北极冰层覆盖或冰间湖海域浮起时的操纵控制，建立基于潜艇可浮海域垂向密度梯度实测数据的浮力模型和无航速浮起操纵模型，并开发了相应的操纵控制软件。以艇体姿态和垂向速度为目标，研究潜艇在北极海域的浮起操纵特性，获得北极海域典型垂向密度梯度条件下的潜艇浮起操纵控制方法。仿真试验表明：利用自身的操艇系统，潜艇能以可控方式在极地海域安全浮起，浮起惯性的有效控制是潜艇浮起操控有效性和安全性的关键因素。     

首升降舵布局方式对潜艇垂直面操纵性能仿真分析

针对首端首舵与围壳舵2种不同的首升降舵布置方式对潜艇垂直面操纵的控制能力,以模型潜艇为研究对象,在潜艇垂直面非线性操纵运动方程的基础上,对2种首升降舵布置方式下的升速率、逆速、纵倾响应和深度响应等机动性能进行仿真分析。进而以升速率、逆速、平衡舵角和纵倾响应为性能指标,应用模糊综合评判方法,定量分析和比较了首端首舵与围壳舵在垂直面的操纵性能。结果表明,就垂直面操纵性能而言,由于可以提供较大的纵倾力矩,首端首舵相对更具有优势。     

利用面元法计算潜艇在水底引起的压力分布

针对潜艇水下航行时的压力场特性,应用船舶水动力学势流理论,建立计算潜艇水压场的数学模型。采用Hess-Smith方法将面源分布于艇体表面,对潜艇引起的水底压力变化进行数值计算,并与主艇体及已有实验结果进行比较。分析潜艇水压场的分布特点以及水深、指挥台围壳对压力场分布的影响。理论计算与实验结果对比表明,二者之间吻合良好。     

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。     

潜艇贝壳舵的试验和理论研究

本文设计了一种新型潜艇首舵──贝壳舵，并进行了系统的模型试验、水动力特性分析和操纵性计算。研究表明，贝壳舵能在保持原型艇操纵性的基础上，简化潜艇首舵操舵机构，提高设备的可靠性。     

不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。