潜艇近海底与近水面绕流数值模拟研究

采用求解RANS方程的方法,结合RNG k-ε湍流模型,对于某潜艇模型近海底和近水面绕流进行了数值模拟.计算了不同海底深度下潜艇模型的阻力、垂向力和俯仰力矩,也计算了同一海底深度下潜艇阻力随傅氏数的变化,研究表明当海底深度超过二分之一艇长时,海底对阻力的影响可忽略不计.自由液面捕捉采用VOF(Volume of Fluid)方法.计算了不同浸深下潜艇模型的阻力和自由液面波型,同时又研究了同一浸深下阻力和波型随傅氏数的变化趋势.研究表明,当浸深超过三分之一艇长时,自由液面波高迅速减小,自由液面对阻力的影响可忽略不计.计算结果与试验结果吻合较好.     

水下航行体近海底运动操纵性研究

针对水下航行体近海底航行时的特点，首先建立了水下航行体的操纵运动数学模型，分别从水平面和垂直面两方面来考虑近海底对操纵运动水动力的影响，进而数值模拟和分析了水下航行体在近海底运动时的操纵性能变化规律，计算结果表明近海底航行使得其机动性减弱而运动稳定性增强。     

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。     

潜艇近海底航行附加质量数值计算

采用Hess-Smith方法编制三维物体近边界运动时附加质量计算程序，与椭球体的理论计算值比较验证了该程序的可靠性，利用MSC－Patran预处理软件对潜艇及底部边界进行网格划分，计算了潜艇在不同的海底间隙，不同的纵倾角及通过海底台阶时的艇体附加质量，得到潜艇在近海底航行时附加质量的变化规律。最后以海底间隙，艇体纵倾角和距海底台附距离为参变数，整理了潜艇近海底航行时附加质量的变化规律。     

水下航行体模型尾部壁面脉动压力与近壁湍动速度同步测试

为了研究水下航行体尾部厚边界层湍流非定常特征,利用轴对称的光体模型及2个尺度不同的大附体模型,在低速风洞中进行模型尾部壁面脉动压力与近壁湍动速度同步测试,并采取相关计算、小波分析等方法作数据处理分析.结果表明:航行体尾壁面脉动压力信号主频成分相对较少,且频率较为固定,反映航行体尾厚边界层流动大尺度相干结构影响;而近壁湍动速度信号反映多种不同尺度的涡作用,且低频信号占据主要的频率成分,同时,随着离壁面距离的增加,湍动速度与壁面脉动压力最大相关系数减小.测试同时考察了不同大附体方案和雷诺数变化对航行体尾湍流特性的影响.     

海底对无人水下航行器水动力性能的影响

为了保证无人水下航行器（UUV）近海底作业时的安全性及作业效率,需要分析海底对UUV水动力性能的影响。基于计算流体力学（CFD）方法对UUV靠近海底时的水动力参数进行求解,通过数值模拟UUV近海底附近的流场,得到了UUV阻力系数和升力系数随雷诺数、距海底的距离和攻角3个参数的变化规律,并针对UUV受到的阻力、吸引力以及流场特性的变化进行具体分析。结果表明,在距离海底一定范围内,UUV受到的阻力和吸引力都会增大,吸引力更为明显,这为UUV的实际工作提供了一定指导。     

Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

水下航行体波浪力理论预报

本文对水下航行体近水面航行状态进行波浪力的计算,计算采用STF理论和Frank源分布紧密拟合方法预报波浪力响应以及用Newman细长体方法和3D修正方法计算水下航行体的二阶平均波浪力与力矩.该方法和计算程序已经过多次模型试验结果比较和验证.采用该方法就某水下航行体计算了二种水深、七种相对浪向下近水面波浪力响应,并给出了波浪力参数随水深变化与浪向变化的计算结果.     

潜艇近水面航行兴波特征研究

潜艇作为一种水下航行器,其近水面运动时产生的绕流场远比无界直航运动时要复杂得多,其近水面航行时对自由液面的影响不容忽视。本文采用粘性流体力学计算方法,对SUBOFF潜艇近水面航行时的粘性绕流场进行模拟,对自由液面的兴波进行计算,并对波形特点进行深入分析。通过本文的研究,得到潜艇近水面航行时自由液面兴波的特点和相关规律。     

潜艇近水面航行兴波特征研究

潜艇作为一种水下航行器，其近水面运动时产生的绕流场远比无界直航运动时要复杂得多，其近水面航行时对自由液面的影响不容忽视。本文采用粘性流体力学计算方法，对SUBOFF潜艇近水面航行时的粘性绕流场进行模拟，对自由液面的兴波进行计算，并对波形特点进行深入分析。通过本文的研究，得到潜艇近水面航行时自由液面兴波的特点和相关规律。     

一种多波束声呐在船舶水下安检系统中的应用

针对船舶水下安检技术发展现状,介绍了一种应用于船舶水下安检的多波束声呐系统的组成和原理,开展了一系列的湖上试验。通过对试验船只水下部分的声学扫描,得到了船底三维图像及船只吃水信息。试验结果表明,系统可应用于船底异物检查、船只吃水检测等船舶水下安检领域。     

浮筒式深水钻井装置（ABS）的研制

借助于在海面以下近200～400m建立一个人工海床，利用目前第2或第3代半潜式钻井平台，将现在的400m作业水深扩展到1500m，提高深水钻井作业的能力。     

强夯砂土地基锥尖阻力分布规律及施工参数选择

为探究强夯砂土地基锥尖阻力分布规律,采用静力触探试验方法对22个吹填区进行试验研究。发现以下分布规律:1)强夯砂土地基下锥尖阻力在1 m深度范围内基本呈线性分布; 2)对于吹填厚度约为11 m的区域,在1～6 m范围内会出现峰值,6～10 m范围内锥尖阻力有所下降,10 m深度以下由于接近海床高程的砾砂层锥尖阻力再次增大; 3)对于吹填厚度约为6 m的区域,在1～4 m范围内锥尖阻力会达到峰值,4～6 m范围内锥尖阻力有所下降,6 m深度以下由于接近海床高程的砾砂层锥尖阻力再次增大。通过试验结果计算承载力和总沉降量,并以此检验施工参数选取的合理性。     

水下运动物体在相互接近过程中的水动力计算

用面元法计算了两个水下物体在相互接近过程中对水动力的影响，给出了水动力系统系数随物体间距离的变化曲线。该计算程序经对圆球的计算值与试验值比较了得到了验证。本研究对水下双潜器的近距离协同作业和潜器在接近障碍物过程中的运动控制能够提供较好的数学模型。     

潜器模型水下自航试验分析方法探讨

文章在模型自航试验原理的基础上,讨论了潜器强迫自航试验自航点的确定问题,提出了通过强制力来修正兴波干扰影响的试验方法;由于强制力的计算和阻力附加值有很大的关系,当阻力附加值难以被准确确定时,建议在试验中补充全负荷自航试验曲线,可以弥补强迫自航试验范围狭窄的缺陷;同时文中分析得出了自航因子随阻力补贴值的变化规律;进而在以上两种试验方法的基础上,探讨了一种能够避免兴波干扰的试验方法,采用这种方法得到的试验数据离散程度更小,有利于提高试验精度。     

不同声源深度产生海底地震波仿真分析

在浅海环境中,舰船产生的低频水声信号会在海水和海底介质界面处以舰船地震波的形式进行传播[1],此时海底具有低通滤波的特性.通过理论分析和使用COMSOL Multiphysics软件的声-固耦合模块建立仿真模型,验证其滤波特性的存在,并讨论不同声源深度对海底地震波传播的影响.     

Riser-soil interaction model effects on the dynamic behavior of a steel catenary riser

A mathematical model employed to analyze the global dynamics of a Steel Catenary Riser (SCR) taking into account the interaction with the seafloor and the effect of the soil reaction forces is established. The choice of soil model plays an important role for the dynamic behavior of SCRs. The riser has been modeled using flexible beam with large curvature and elastic foundation beam to describe the riser-soil interaction by means of realistic nonlinear load-deflection (P–y) curves. The study is made to improve an existing finite element numerical code for dynamic analysis of mooring lines and risers, known as CABLE 3D, which is based on a slender rod assumption. Effects of nonlinear seabed model on the dynamic behavior of SCRs under vessel cyclic perturbation have further been investigated and discussed using a realistic P–y curve to simulate soil deformation and resistance forces. The interaction model depends on several factors, such as soil strength, penetration depth and riser characteristics. The dynamic responses of the riser Touchdown Point (TDP) excited by vessel periodic heave motion are studied and the results are compared with those from the linear spring model. SCR has been perturbed by 10 regular sinusoidal cycles and the responses calculated by improved code show a number of features such as suction force mobilization, gradual increasing penetration depth, and gradual reduction of soil resistance at maximum penetration. The riser behavior at the touchdown zone (TDZ) depends on the riser top motion amplitude, nonlinear soil stiffness and suction force. The impact of the riser-soil interaction model on the dynamic behavior in the TDZ has been thoroughly studied in this paper.     

水下航行体非定常垂直空泡长度的计算

带空泡航行体从水下朝水面运动时,空泡将受到重力梯度和空泡记忆效应的耦合影响而呈现出特殊的非定常特点。为了计算有限水深重力场中的空泡长度,文章在Paryshev空泡动力学数学模型(Delay Differential Equations,DDEs方程)基础上,增加了重力影响项;同时为了快速求解上述空泡DDEs方程,对DDEs的数值方法进行了改进,提出了一种效率更高的对延迟时间点进行局部拟合的方法。最后利用新方法求解了带重力影响的空泡DDEs方程,计算结果与试验结果吻合。     

URANS simulations of catamaran interference in shallow water

This paper investigates the interference effects of wave systems on a multi-hull vessel in shallow water. A numerical analysis is made using the URANS code CFDSHIP-Iowa V.4 on the DELFT Catamaran model 372. The test matrix for numerical computations includes two separation distances (s = 0.17; 0.23) and the depth values of h/T = 8.2, 2.5 and 2, at several speeds ranging within Fr _H = 0.775–1.739. Numerical results are compared with the experimental data of the Bulgarian Ship Hydrodynamic Center, and verification and validation for resistance, sinkage and trim are also performed. Results show that, at critical speed (Fr _H ≈ 1), the presence of a finite depth significantly affects the catamaran total resistance, which, in shallower water, increases considerably with respect to deep water. At low h/T, small effects of the water depth on resistance occur at subcritical and supercritical speeds. The interference effects seem to be more relevant in shallow, rather than in deep water, with maximum IF values registered at critical speeds (Fr _H ≈ 1). Similarly to deep water, the lower the separation distance the greater the interference value. Moreover, in shallow water some negative interference is observed at Fr > 0.5. Wave patterns and wave profiles are analyzed and a comparison is made between several configurations of catamaran and a mono-hull vessel, in order to analyze how water depth and separation distance determine resistance and interference. Finally, a vortex instability study is also included.     

基于OpenGL的深海开架式潜水器视景仿真设计

采用虚拟仿真技术,以正在研发的深海开架式潜水器的设计尺寸和数字海底理论为基础,采用基于面向对象数据模型和基于表面三角剖分的方法来构建水下目标的三维空间数据模型。以三角形的空间拓扑关系为基础,利用SolidWorks建模工具和VC++OpenGL图形开发库,实现了深海虚拟环境下的系统仿真。通过水下目标的建模实例,验证了仿真平台的正确性和可行性,该平台还可应用于深海综合调查研究、水下机器人操纵运动控制仿真等领域。