舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.     

舰船气泡尾流特性研究现状

为了对水面舰船尾流的特性和产生机理进行试验测量和理论分析,并以此为基础,建立舰船气泡尾流模拟系统,进而研制声光复合尾流自导系统.在阅读相关文献及参考相关试验结果的基础上,对舰船气泡尾流特性的研究现状进行了总结.从气泡的运动、气泡的分布及气泡数密度变化规律3方面阐述了尾流中气泡特性;从舰船尾流的长度、宽度、深度3方面描述了气泡尾流几何特性的数学模型;指出了气泡尾流特性的研究方向以及急需解决的2个重要问题.     

基于自适应直角网格的高速方尾船气泡尾流模拟

航行水面舰船的尾流中含有大量气泡。气泡尾流具有演化时间长、扩散范围广等特征,对舰船的噪声、隐身性能等产生影响。这项研究通过自主开发的两相流求解器,采用大涡模拟方法对方尾船后的近场尾流进行数值模拟。使用自适应直角网格方法进行动态网格加密,通过几何VOF方法捕捉自由面和尾流中较大的气泡,利用高阶浸入边界方法模拟方尾船体表面。通过对方尾船不同吃水深度下气泡尾流的模拟,获得其形态特征。对尾流模拟数据进行时间平均和空间平均,得到尾流两相混合区域的速度分布。使用自主开发的气泡识别程序,获得尾流中气泡尺寸的分布和空间分布规律。     

不同船型气泡尾龄的换算

为了解不同船型气泡尾龄的特点,利用小尺度舰船取代大尺度舰船进行气泡尾流探测实验提供依据,选取舰船尾流水面处沿船长方向变化的气泡数密度的最大值作为舰船气泡尾龄换算的主要特征量,估算了在尾流初始截面处该特征量与船首浪高、舰船航速的关系。基于文献[1]给出的数值模拟方法对不同尺度船型气泡尾龄进行了相互换算,理论计算结果与实船探测基本一致。     

舰船气泡尾流特性的数值模拟和实验研究

文章基于N-S方程,并结合两相流的相关模型,数值模拟了双桨实船气泡尾流。通过海水中气体含量的变化情况,分析了尾流气泡产生、增大、破碎和消失等过程。得到了近场扩散区和远场尾流区中含气量的空间、时间分布特性。研究结果表明,近场尾流区中海水含气量基本以乘幂格式衰减,而在远场尾流区,则与指数衰减格式符合得较好。用光学的方法模拟测量了舰船尾流的衰减规律,实验结果与文中的理论数值结果一致。     

舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析

利用Mie散射理论及其递推公式并结合舰船尾流气泡的测量结果,得到了舰船尾流中气泡群的散射相位函数。通过对散射相位函数的分析与讨论,得出：尾流存在时间及气泡群分布模型参数的变化对散射相位函数的影响较小,仅当小半径气泡密度增加时其后向散射强度略有减小;尾流气泡相对于海水的折射率变化是影响尾流气泡群散射相位函数的主要因素,相对折射率越大,后向散射越弱。     

化学药剂产生气泡幕模拟舰船尾流分析

介绍了如何利用化学药剂与水反应生成气泡幕模拟舰船尾流。只有当模拟尾流的声强度和真实舰船尾流的声强度相同或者相近时才有可能成功对抗尾流自导鱼雷，而模拟尾流的声强度和单位体积气泡含量相关。本文从气泡幕单位体积气泡含量和气体含量以及所需化学药剂量三个方面对此方法进行了分析。     

基于 LES 和 BPBE 的舰船气泡尾流数值分析方法

提出一种基于大涡模拟（LES）和气泡群平衡方程(BPBE)的舰船气泡尾流特征参数研究的数值分析法：首先建立舰船尾流场 LES 控制方程,结合实船初边始条件,对流向的速度进行数值模拟;然后再将 LES 计算得到的速度代入 BPBE 方程进行尾流中气泡数密度分布（BND）的求解。计算结果表明：BND 沿尾流流向的分布基本符合指数分布,在500 m 以内的区域衰减速度很快,500 m 以外的区域衰减速度缓慢;在离船尾越近的地方,小气泡的相对 BND 越大;在3000 m 距离处 BND 最大的气泡尺寸约为70滋m。该方法计算效率较高、占用空间较少,可望为舰船气泡尾流特征的研究提供新的有效手段。     

基于鱼雷自导的舰船尾流回波模型建立方法

在国内外有关实测数据及研究现状的基础上,对尾流环境下的混响进行了模拟,研究了尾流中气泡尺寸分布函数和尾流散射系数等参数的计算方法,建立了舰船尾流回波的声学模型.分别对鱼雷工作在尾流区和非尾流区的回波信号进行仿真实验和比较,仿真结果表明鱼雷工作在尾流区和非尾流区的回波信号是明显不同的,这为尾流自导鱼雷探测舰船的尾流从而进行目标的跟踪和打击提供了依据及研究基础.     

实船尾流气泡对太阳光散射特性的影响

由于到达海表面的太阳光的主要能量分布在0.15～4 μm之间,且海水的透过窗口也在此范围内,太阳光在海水中具有一定的穿透能力.在海水中尾流气泡受到太阳光的照射会对其有明显的散射作用.利用尾流气泡太阳光散射特性与海水散射特性的差异可对尾流进行探测.本文利用Mie散射理论对尾流气泡的太阳光散射特性进行了研究,并在真实海洋环境中对海水及实船太阳光散射特性进行了试验研究.研究表明,以太阳光作为光源,在一定深度可以探测到尾流气泡太阳光散射特性.