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。     

潜艇围壳舵受自由表面和波浪影响的试验研究

通过对潜艇围壳舵在静水自由表面和波浪中的模型试验研究及其分析以及对实艇舵能力的预报，探讨了潜艇围壳舵在近水面时的操艇能力。由于围壳舵在静水面的操艇能力的研究在国内尚属首次，因此试验数据难免会有一定的局限性。要对艇体近水面操纵性作全面评价，就必须对艇体各部分的水动力所受的影响作全面深入的研究。     

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.     

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。     

导管舵性能分析与舵力计算

导管舵能为船舶提供良好的回转性,被广泛应用于对操纵性要求高的船舶或者舵系布置空间紧张的船舶,然而其舵力计算有别于常规舵。采用Fluent软件分析了导管舵的敞水性能,求出其升力系数曲线和力矩系数曲线并分析其表面压力分布特点。考虑船体伴流和螺旋桨尾流的影响,进行了导管舵的舵力和舵机扭矩计算,为舵的设计奠定基础。基于CFD软件和理想推进器理论求舵力的方法可为非常规舵的设计提供参考。     

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。     

X舵潜艇等效舵角转换装置设计与仿真分析

针对X舵潜艇人工操舵不直观这一现象,提出了等效舵角转换设计思想,给出了X舵一十字舵等效舵角转换数学模型,并对X舵潜艇等效舵角转换装置进行了设计研究.在等效舵角转换数学模型基础上编制了X舵潜艇集中控制操舵系统软件并进行了仿真分析.     

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.     

基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。     

超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟

舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(Shear Stress Transport)湍流模型,计算了单独舵片的流体动力特性,并与试验数据进行了对比,结果符合较好,验证了计算模型的有效性。基于此方法,计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的非定常流体动力变化。结果表明,在攻角相同时,操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大,而非定常阻力系数大于定常结果,并且操舵速度越快,阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数,结果显示在攻角相同时,舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果;在空化状态下,舵片升力系数的斜率小于全湿状态,并且舵片升力系数的斜率是变化的,存在某临界攻角,攻角大于此临界值时,升力系数的斜率减小,而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角;操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致,但是数值偏小。     

4000DWT多用途船襟翼舵的设计与安装

襟翼舵作为一种特殊舵,与普通舵相比,在提高舵效,改善船舶操纵性能等方面有着明显的效果,作为一种用在江海直达多用途船上的襟翼舵,其设计与安装显得尤为重要.通过以舵参数为设计基础,合理结构设计以提高舵效,细化其安装工艺、提高建造质量,从性能、结构、工艺上介绍了4000DWT多用途船襟翼舵的设计与安装情况,最后通过对该型船的试航情况分析证明其襟翼舵是成功的.     

潜艇方向舵传动装置接触问题有限元分析

用接触问题有限元分析了潜艇方向舵传动装置的结构强度,并与解析解进行了比较,讨论了建模对分析结果的影响,为潜艇方向舵传动装置的结构强度计算提供了可靠的分析方法.     

共翼型舵特性及其对潜艇潜浮运动影响研究

共翼型舵是一种新型的潜艇组合舵翼操纵面.文章首先通过水洞试验和CFD计算对共翼型舵的敞水水动力性能进行了研究,结果表明,共翼型舵的舵效随弦长比和展弦比增大,封堵舵翼之间的间隙可以显著提高舵的水动力性能.随后通过CFD计算对比了分别安装有普通舵、共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇的潜浮运动,结果显示,5°舵角时,安装共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇模型潜浮角分别比安装普通舵的模型提高65％和105％左右.     

舵杆直径的选择及其与挂舵臂的匹配分析

单舵销半平衡舵的舵杆与挂舵臂的匹配设计需要提取的数据量较大，计算及优化过程也较为复杂。依据该舵系的力学模型所建立的电算方法，对舵杆与挂舵臂的强度匹配及其影响因素作较深入的分析，并从舵系的安装、舵杆的变形等角度提出了对舵杆直径的选择建议，得出的方法和结论可供参考。     

扭曲舵强制自航舵力测量试验研究

在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,比较分析了扭曲舵和普通舵的舵力特性。试验结果表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善,对舰船的直航性和舵机受力是有利的。在通过打舵使舰船发生回转时,扭曲舵不仅能使舵轴上的受力状态得到改善,而且能够提高舵的操纵力,改善舰船的回转性能。     

Comparison of the mariner Schilling rudder and the mariner rudder for VLCCs in strong winds

A simulation model of a very large crude carrier (VLCC) with either a mariner type Schilling rudder or a mariner rudder was developed from captive and free-running model tests. Kijima’s regression formula was used to predict the hydrodynamic hull forces on the VLCC. To simulate full-scale maneuvering at cruising speed, the constant torque operation of the main engine was assumed. Considering the higher normal lift force and maneuverability of the mariner type Schilling rudder as compared to the mariner rudder, the size of mariner type Schilling rudder is kept smaller as compared to mariner rudder. To compare the efficiency of the two types of rudder system, maneuvering simulations at constant engine torque and course-keeping simulations at various gusting wind speeds and encounter angles were carried out. Based on the simulation results, the two rudder types were compared from the viewpoint of maneuvering and fuel efficiency in windy conditions.     

潜艇组合型尾舵的受力分析及传动机构设计

针对一种新型带副舵的潜艇组合型尾舵,设计了一种液压驱动副舵的传动机构原型。阐述了该传动装置的结构形式、传动工作原理;通过改进该型舵的水动力模型,运用儒可夫斯基翼型绕流环量公式和库塔-儒可夫斯基升力公式对其液压传动系统的液压驱动力进行了计算分析,得到液压驱动力与副舵的弦长、形状、液压腔隔板长度以及主、副舵转动角度等参数之间的关系。本研究为具体的舵型结构设计提供参考,对于该型舵的工程化应用具有指导意义。