基于CFD的潜艇高压气吹除主压载水舱系统模拟

高压气吹除主压载水舱是潜艇舱室进水情况下最有效的应急挽回手段之一.由于高压气吹除时压载水舱中剧烈的气液混合流动,导致建立的理论模型有一定局限性.本文通过CFD中两相流VOF模型对高压气吹除压载水舱的动态过程进行仿真,分析吹除过程中压载水舱中气-液混合现象、压力变化情况及压载水舱排水速率等特点,以验证高压气吹除压载水舱的理论模型.     

潜艇高压气吹除主压载水舱过程的数值模拟

采用结构化六面体网格对主压载水舱内部流场进行离散化,基于FLUENT流体计算软件,应用VOF两相流模型,对10 m及20 m水深时高压气吹除主压载水舱过程进行了数值模拟,研究了气液两相界面的形成及生长过程,深入分析了水舱排水速率的变化规律,并针对压载水的残留现象提出了实际操艇过程中需要注意的问题。仿真结果与现有文献中实体模型的实验结果吻合较好,均揭示了吹除过程中水舱内部压力及排水速率的波动现象,验证了数值模拟方法的准确性和有效性。为与实际情况相符,还提出了针对入口及出口边界条件的改进方案。     

潜艇柴油机废气低压吹除系统动态性能研究

为揭示柴油机废气低压吹除过程中潜艇及舱内压载水的运动规律,提供潜艇操纵控制依据,通过耦合柴油机工作过程方程与压载水吹除过程方程,建立了考虑压载水舱内排气背压与柴油机废气流量间相互影响的吹除过程动态模型,根据实艇数据验证了模型。应用模型计算分析了压载水舱形状结构参数和潜艇总体及系统设计参数对低压吹除过程的影响。研究结果表明,压载水舱截面为抛物线形比圆形和梯形时更有利于柴油机工作,吹除速度也更快;随潜艇外形尺寸增大,吹除时间增加的速率减小。     

潜艇柴油机和螺杆压缩机低压吹除系统动态性能比较

为比较柴油机和螺杆压缩机作为低压吹除气源对潜艇及舱内压载水运动规律的影响、提供潜艇低压吹除系统设计依据,将柴油机工作过程方程和螺杆压缩机工作过程方程分别与压载水吹除过程方程耦合,建立考虑压载水舱内排气背压与吹除气体流量间相互影响的吹除过程动态模型。根据假定的潜艇和压载水舱参数,应用模型计算分析2种吹除气源条件下低压吹除过程中压载水舱液面高度和潜艇吃水深度的影响。研究结果表明,相同设计流量条件下,使用柴油机废气吹除比螺杆压缩机吹除可节省吹除时间约3%。     

潜艇低压吹除系统动态性能研究

为揭示低压吹除过程中潜艇及舱内压载水的运动规律、提供潜艇操纵控制依据,建立单壳体潜艇螺杆压气机低压吹除系统动态过程模型,根据实艇情况验证了模型计算得到的吹除时间.分析了压载水舱形状结构参数和潜艇总体及系统设计参数对低压吹除过程的影响.研究结果表明,压载水舱截面形状对潜艇低压吹除过程有一定影响,随压气机流量增大,吹除时间缩短速率减小,随潜艇外形尺寸增大,吹除时间增加的速率增大.     

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。     

潜艇主压载水舱高压气吹除系统数学模型

通过对潜艇主压载水舱高压气吹除系统物理模型进行合理简化,建立了主压载水舱高压气吹除过程的数学模型,并进行了仿真计算。仿真计算结果与实艇操纵情况基本吻合,说明本文所建立的数学模型是可行的。它为研究潜艇主压载水舱应急吹除时的运动规律和操纵控制方法提供了条件。     

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.     

基于CFD的主压载水舱吹除仿真与试验验证

采用CFD方法对压缩空气吹除主压载水舱过程进行仿真，同时开展水舱吹除等比模型试验，验证了两种湍流模型的预报准确性。在此基础上，着重研究水舱气液两相流动过程以及舱内气体压力动态变化特性，分析气源压力、通海孔面积对吹除的影响。研究发现：两种湍流模型均可以较好地预测水舱吹除过程，其中，Realizable k-ε模型对气瓶气体压力的预测与试验吻合更好；SST k-ω模型对于水舱中气体压力的预测与试验相对较为接近。通海孔面积增加可以显著减弱水舱气体积压，在气源压力为2.16 MPa、5.04 MPa和8.16 MPa时，通海孔面积增大5.14倍，试验测得的水舱峰压分别减少51.13%、59.90%和64.82%，仿真得到的水舱峰压分别减少50.44%、57.30%和60.02%。在吹除后期，有压缩空气从通海孔溢出，舱内气体压力迅速下降，可以此作为解除吹除的判据。     

破损潜艇应急上浮操纵仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模,分析破损面积、纵倾以及升降舵等因素对破损潜艇应急上浮的影响,提出根据潜艇破损部位和艇体姿态确定吹除主压载水舱的顺序原则,以及相应的操纵措施,仿真结果表明,所建立的模型是合理的,提出操纵措施是有效的。     

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.     

潜艇水下破损定深操纵方法仿真研究

分析自动舵垂直面定深控制系统及以均衡为目标的吹除方法,提出针对潜艇不同舱室破损升降舵的操纵方法及压载水舱的吹除方法,通过实例仿真验证提出的操纵方法的有效性。     

高压气底吹进气吹除主压载水舱过程分析

采用直接求解流动控制方程的CFD方法对高压气底吹进气吹除主压载水舱过程进行分析。获取吹除过程关键参数,着重分析通海孔面积、气源压力对吹除过程的影响,探索高压吹除过程一般性规律。底吹进气高压气出流方向与通海孔水流方向相反,高压气由通海孔泄漏较少;通海孔面积越大,气源压力越高,吹除用时越短;通海孔面积的增加可以有效减少吹除过程中的高压气消耗,对降低主压载水舱内的压升也有显著作用,通海孔面积增大2倍,3种工况下主压载水舱内的最大压升分别减小0.01 MPa,0.10 MPa和0.15 MPa;吹除过程中高压吹除管路出口气流速度可达1Ma以上,管路出口段的温降也明显大于管路入口段,应将不耐低温的阀门和仪表布置在管路入口段附近。     

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。     

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。     

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.     

考虑重力影响的高压气体吹除改进数理模型和试验对比分析

考虑重力对吹除过程的影响,改进现有压载水舱高压气体吹除数理模型,并对原始数理模型与改进数理模型进行差异对比。通过高压气体吹除系统的模型试验,验证改进数理模型的可靠性。最后,使用改进的数理模型对影响吹除效率的因素进行分析。结果表明：在吹除系统中,当流水孔面积达到一定值时,可能出现流水孔面积增大,但流水孔的水的质量流量几乎不变的情况;当等效喷管喉部直径足够大时,高压吹除的速率与等效喷管喉部直径关系较小。     

水下高压气吹除过程中水舱水量精确控制试验研究

水下高压气吹除是一个气液两相混合流动的复杂过程,很难建立精确的数学模型。本文在对高压气吹除进行相关理论分析基础上,开展吹除水舱水量精确控制试验研究,验证以水舱液位为主要控制参数实现高压气吹除过程水舱水量精确控制的可行性,达到了预期控制要求。