潜艇操纵水动力小波神经网络预报方法研究

针对潜艇操纵性优化设计中水动力系数预报问题,在潜艇水动力预报中引入艇体肥瘦指数概念,确定了潜艇艇体几何描述的五参数模型。提出采用小波神经网络方法预报潜艇水动力,确定了神经网络的结构,利用均匀试验设计方法,设计了神经网络的学习样本。在验证CFD预报艇体水动力有效的基础上,完成了样本水动力系数的CFD计算;通过对样本进行学习,完成了潜艇艇体操纵性水动力系数小波神经网络预报。研究结果表明,只要确定适当的输入参数,选择适当的学习样本和网络结构,利用小波神经网络方法对潜艇水动力进行预报可以达到较高的精度。     

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。     

肥大型船模操纵性水动力CFD预报的试验验证分析

肥大型船操纵性水动力的预报不仅是肥大型船操纵性设计多方案选型及优化的基础,而且是水面船操纵性水动力预报中的难点.文章探讨了CFD在肥大型船操纵性水动力预报方面的应用能力和预报精度,并进行了系列模型的CFD计算与验证分析,结果表明所建立的肥大型船操纵性水动力CFD数值预报方法具有良好的精度和普适性.     

潜艇操纵性多目标优化及灵敏度分析

以潜艇操纵面的几何尺度和纵向位置为设计变量,估算归一化后的无因次水动力系数,建立潜艇操纵性指标预报数学模型.基于iSIGHT优化平台,采取NCGA遗传算法开展潜艇操纵性指标的多目标优化设计,给出改进的优选方案,并进行灵敏度分析,评估操纵面参数对操纵性指标的影响.     

系列舵翼潜艇水动力系数数值计算及试验研究

操纵性水动力系数的准确计算和测量对潜艇操纵性预报及运动控制起着至关重要的作用。文中以SUBOFF为研究对象,基于切割体网格应用STARCCM+软件完成系列舵翼艇体阻力的数值模拟;采用基于三角形网格的面元法程序和循环水槽操纵性试验2种方法获得系列舵翼缩比模型(λ=2:1)的水动力系数,并研究不同Re下舵角水动力系数的变化趋势。结果与文献[1]对比,验证了STARCCM+对潜艇阻力性能模拟的可靠性以及2种方法获取水动力系数的正确性,为潜艇水动力系数的CFD数值模拟和操纵性预报仿真提供可靠的参考依据。     

潜艇操纵面几何参数敏感性计算研究

以潜艇垂直面操纵运动线性运动方程为基础,以反映潜艇垂直面操纵性特征的典型技术指标为评价体系,提出了潜艇操纵面几何参数敏感性概念,采用敏感性指数作为评估操纵面参数对潜艇垂直面操纵性影响的指标.在主艇体参数固定条件下,为潜艇设计了系列参数的首尾操纵面,采用Bohlman的水动力估算方法,估算了该艇的线性水动力系数.在水动力估算和敏感性概念的基础上,开展了大量的敏感性计算,分析计算结果得到了潜艇首尾操纵面几何参数不影响潜艇逆速,尾操纵面对首舵升速率有很强影响等结论.     

潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究

为了探索潜艇应急起浮时的运动规律,在建立潜艇应急挽回操纵运动模型基础上,结合潜艇大攻角操纵性拘束船模水动力试验获得不同攻角状态下的水动力系数。引入敏感性指数概念,对敏感性指数高的水动力系数进行回归拟合时分为小攻角水动力系数和大攻角水动力系数两段进行描述,对潜艇不同事故应急起浮机动性进行仿真,得到潜艇应急起浮运动参数变化规律。结果表明,文中计算方法能够正确预报潜艇应急起浮的运动规律。     

潜艇操纵性预报研究现状与前景展望

计算流体力学的快速发展及试验测试技术的不断提高,为潜艇水动力性能评估提供了更为广阔的平台,丰富了潜艇操纵性研究体系,预报方法趋于精准、多样、高效。基于该现状,文章对近年来潜艇操纵性预报的相关资料进行了梳理,系统总结了国内外在潜艇自航模试验、基于水动力系数数值仿真及粘流CFD直接数值模拟等方面的最新研究进展,分析了当前制约潜艇操纵性预报效率的主要因素,阐述了该研究领域的前景与方向。     

舰船呆木设计及对操纵性影响研究

针对排水型舰船尾部线型特征,提出船体尾部呆木线型设计的数学函数,定义了呆木线型的特征量,并设计了系列呆木线型;运用有效展舷比概念扩充了船体水动力经验公式,得到呆木线型对船体水动力影响的估算方法;采用"分离型"操纵性数学模型预报了系列呆木对舰船操纵性的影响,得到呆木面积与航向稳定性提高成正比等结论。     

水动力系数敏感性分析在潜艇水平面运动模型简化中的应用研究

水动力系数敏感性分析是一种评估水动力系数对潜艇操纵运动影响程度的方法。本文根据水动力系数敏感性分析方法,计算某模型艇水平面回转运动战术回转直径的水动力系数敏感性指数,评估各水动力系数对战术回转直径的影响程度。并将敏感性指数作为水平面运动模型的简化依据。本文的研究为潜艇运动模型的简化提供了理论支持。也对潜艇操纵性设计和研究提供指导。     

小水线面双体船操纵性数值预报方法研究

文章基于粘性流体理论,采用CFD技术,通过对双体船变漂角旋臂运动的模拟,得到代表小水线面双体船舶操纵性能的水动力导数。利用MMG模型,对小水线面双体船的操纵性能进行初步预报。根据变漂角旋臂运动的数值模拟,既可从中得到仅仅与漂角和角速度有关的水动力导数,也可获得包括高阶导数和耦合导数在内的操纵性运动水动力导数。文章在保留三阶水动力导数的情况下,将代入高阶耦合水动力导数的操纵运动方程所绘制的回转圈与不代入高阶耦合水动力导数的回转圈进行对比,体现了高阶耦合水动力导数对于小水线面双体船操纵性预报的重要性,并以某双体船型为例,对其操纵性能进行预报。     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点.在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵.本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵.     

潜艇近海底运动水动力数值计算分析研究

本文以SUBOFF潜艇模型为研究对象,利用FLUENT6.1软件,数值模拟了无限水域下的变攻角水动力特性曲线,与泰勒水池的模型试验结果比较分析表明,数值模拟具有较好的精度.本文用FLUENT6.1软件进一步计算分析了SUBOFF潜艇模型带攻角、带漂角、不同近底距离直航状态下的水动力特性,结果表明:无论有无攻角和漂角存在,潜艇运动(除阻力外)的五个水动力分量随近底距离的变化与"近底距离倒数平方"呈良好的线性关系,例如,Z(H)∝1/H2,或Z′(ζ)∝ζ2,其中ζ=D/H为无量纲近底参数.     

Prediction method of hydrodynamic forces acting on the hull of a blunt-body ship in the even keel condition

The mathematical modeling group (MMG) model is well known and is widely used in the field of ship maneuverability. However, the MMG model can be applied only after determination of the hydrodynamic coefficients either from comprehensive captive model tests or from general empirical data. Around the cruising speed, when a ship's drift angle is relatively small, several methods have been developed to predict hydrodynamic coefficients from the ship's principal particulars, e.g., Kijima's method. Kijima's method is efficient in predicting the ship's maneuverability at the initial design stage and is even able to assess the effect of changes in stern design. Similarly, for the low speed range when a ship's drift angle is relatively large, several methods for predicting the ship's hydrodynamic coefficients have been proposed, based on captive model tests, such as those by Kose, Kobayashi, and Yumuro. However, most of the methods developed for low speeds cannot be applied to general ship types without additional experiments being performed. In contrast, Karasuno's method uses theoretical and empirical approaches to predict the hydrodynamic forces, even for large drift motions. Although Karasuno's model utilizes the ship's principal particulars and is applicable to a general vessel, it has not been widely used. This is because the form of Karasuno's model is relatively complicated and its accuracy around the cruising speed is less than that for other methods that have been specifically developed for the cruising speed range. A practical method for predicting hydrodynamic forces for the entire operating speed range of blunt-body ships is proposed in this article. It is based on the MMG model and predicts hydrodynamic coefficients based on a ship's principal particulars. A regression model for the proposed method has also been proposed by analyzing 21 different blunt-body ships. Finally, simulations of a very large 4-m crude carrier (VLCC) model using the proposed method were carried out and the results compared with free-running experiments (both at the cruising speed and at low speeds) to validate the efficacy of the model.     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法.[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积(VOF)法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性...     

Analysis on maneuvering motion characteristics of submarine under static moment in vertical plane北大核心CSCD

[Objectives]Aiming at the problem of poor depth-changing ability of the stern rudder of submarine at low speed, and the problem of reversing the movement trend is difficult when the stern rudder is stuck and encountering abrupt changes of seawater density in the vertical steering maneuver. This paper conducts the mechanism research of static moment maneuver. [Methods]First, it is proved through theoretical analysis that the static moment maneuver can eliminate the reversed velocity phenomenon of the stern rudder. Then, the surfacing process under the static moment maneuver and the rudder hydrodynamic control is numerically simulated. [Results]The simulation results show that the static moment maneuver can make the submarine maintain good vertical plane maneuverability at low speed, eliminate the reversed velocity phenomenon of the stern rudder, and avoid excessive trim angle of the submarine at high speed. At the same time, the recovery effect of the two emergency situations of rudder jamming and falling deep has been improved. [Conclusions]The static moment maneuver is beneficial to the maneuverability and safety of the submarine. The research in this article can provide a reference for the maneuverability design of submarine. © 2023 The Author(s).     

X舵与十字舵潜艇稳定性对比分析

诸多潜艇强国对X舵潜艇的应用,说明了其背后巨大的实际应用价值。X舵操纵能力较十字舵更优是公认的,但X舵潜艇在实际研究过程中航向稳定性性能是一直被忽略的问题。为了解X舵潜艇相比于十字舵潜艇的航向稳定性如何,首先利用CFD方法研究SUBOFF标模来验证数值模拟的可行性,然后对某十字舵与X舵潜艇在不同工况下进行数值仿真,计算出与潜艇航向稳定性相关的水动力导数,最后比较研究2种操纵面稳定性差异。对比分析结果表明,原十字舵潜艇方向稳定性指数为0.021 46,新设计的X舵潜艇方向稳定性指数为0.249 03。说明设计的X舵潜艇满足稳定性要求,并有足够的裕度为改进潜艇其他性能提供设计空间。