支杆对水下航行体操纵性水动力系数的数值分析

作为水下航行体操纵性水动力系数之一,线性速度系数的准确预报对操纵性设计具有重要意义。通过与水平面平面运动机构模型试验的线性速度系数数据对比,建立了线性速度系数的数值计算方法。在此基础上研究模型试验中安装模型用的支杆对Suboff模型线性速度系数的影响,对比分析了有无支杆状态下水下航行体表面压力及流线分布特性。     

内波作用下水下航行体水动力载荷及运动特性研究

中国南海区域海洋内波出现频率较多。海洋内波携带着巨大能量,对于水下航行体的安全航行具有非常大的威胁。为了研究内波对水下航行体的水动力性能影响,该文基于RANS方法和KdV理论建立了分层流中的内孤立波与水下航行体相互作用的数值模拟方法。在对约束模型数值模拟分析的基础上,采用DFBI方法结合重叠网格技术,开展了内孤立波作用下水下航行体自由运动的数值模拟。分析表明,内孤立波与航行体相遇,会使得其周围流场变得异常复杂,从而引起突变的流体动力和运动,对此时的航行安全性应给予极大重视。     

水下航行体回转水动力数值计算研究

准确预报水动力对水下航行体的安全操纵设计而言至关重要。基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用相对运动理论及运动叠加原理,并对控制方程中向心力源项空间离散误差进行修正,预报水下航行体做单平面回转运动的受力及力矩。在Re=11.7×106条件下,力和力矩预报精度的偏差在12%以内,表明所采用的数值预报方法有效、可行,具有较好的工程实用价值。     

水下无人航行器外挂吊舱水动力试验及操纵性分析

在循环水槽开展了某带吊舱水下无人航行器的水动力试验,绘制出了航行器阻力曲线,得到了与操纵性相关的主要水动力系数,在此基础上对水下无人航行器的运动稳定性进行了分析,并与不带吊舱情况下的水下无人航行器操纵性进行了比较。试验结果可为水下无人航行器推进系统设计及运动控制与仿真提供依据。     

水下航行体水动力参数智能辨识方法研究

通过水下航行体的状态方程和试验观测方程,利用智能辨识技术对水下航行体的模拟运动数据进行了仿真辨识,求得了10个水动力参数.结果表明,智能算法简单有效,对目标函数没有可微性和连续性要求,避免了复杂的梯度矩阵计算,适合在复杂的非线性水动力系统辨识中应用.     

水下航行体空间操纵性预报研究

通过建立水下航行体空间的操纵运动数学模型,运用Visual C++设计开发水下航行体操纵运动预报系统,对水下航行体水平面、垂直面及空间典型操纵运动进行数值预报,数值模拟结果合理,能够较为全面地预报水下航行体的空间操纵运动。     

航行体水动力特性数值计算研究

航行体水中运动达到一定速度时,在航行体肩部及尾部会产生空泡,直接影响航行体的水动力特性及稳定性控制,当空泡进入高压区时瞬间发生溃灭,产生极高的压力冲击对航行体具有很强的破坏作用。本文利用数值计算方法对某航行体水下不同运动速度下的空泡状态、阻力系数进行研究,对该航行体水动力特性及水下载荷研究提供参考。     

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。     

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。     

热电混合动力在水下无人航行体中的应用研究

本文探讨了热电混合动力在水下无人航行体中的应用,提出了热电混合动力需要解决的关键技术,进行了热电混合动力系统技术设计并进行了相关试验,取得了预期的效果,开展热电混合动力在无人水下航行体中的应用研究对于增加航行体的航时、提高航程具有重要意义。     

水中航行体绕流数值计算研究

水动力设计是水中航行体设计的重要组成部分.文章采用数值算法分别对水中航行体全湿和带空泡两种不同状态水下绕流问题进行了计算研究,并与风洞及水洞试验结果进行了对比.计算结果与试验值吻合较好,验证了数值算法的准确性.同时得到了水下绕流的某些运动规律,研究结果对工程设计起到了一定的帮助作用.     

水下航行器头部流噪声性能数值模拟研究

流噪声的降低对水下航行器的隐蔽性提升、主动声呐系统探测能力的提高具有重要意义。首部作为水下航行器主要构成部分,其线型设计的优劣直接关系到流噪声性能和声呐系统工作环境的好坏。基于大涡模拟(LES)的流场计算结果,采用ACTRAN这一声学软件对2种不同头部线型、不同速度、不同攻角、不同监测点处的流噪声性能进行研究。分析研究发现,水下航行器流噪声能量主要集中在低频段,随着速度的增大而增大。在速度、攻角相同的情况下,头部端面半径小、头部长度较长的模型具有较好的流噪声性能。在同一模型下,头部驻点处的流噪声比头部端面一定半径处任何点的流噪声要小。将数值模拟与水下航行器流噪声特性水洞试验研究进行对比,两者得到的结论一致。     

水下航行器内孤立波载荷形成机理数值模拟研究

弄清水下航行器内孤立波载荷形成机理是分析内孤立波对航行性能影响和控制研究的基础和前提。采用数值模拟方法深入分析模型位于内孤立波波面上方、穿越波面、位于波面下方3种情形下,模型受内孤立波流场水动力作用和分层密度差静力作用过程,对比不同潜深时纵向力、垂向力和俯仰力矩特性差异。研究表明,穿越波面的情况下,模型所处的流体密度变化,起了决定性作用,垂向力比纵向力大一个量级;穿越波面时,艏艉浮力不平衡,俯仰力矩有极大值和极小值出现;模型始终位于波面上方或下方时,受内孤立波流场的影响,其水动力性能也产生了明显的变化。     

仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行游动数值研究

为探讨摆动-滑行方式的游动机理,本文基于RANS求解器和区域网格整体动态运动技术,建立了仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行的自主游动计算模型,数值模拟其从某一速度自由加速到速度值稳定波动状态,分析了游动稳定时速度、水动力、尾涡等的变化特点,并比较了不同滑行时间的影响。计算结果表明:摆动滑行时间相同时,机器人的速度均值比正常游动下降了30%,但波动幅值为后者的3倍;水动力的大幅快速变化导致摆动阶段游动效率下降,但在滑行阶段利用了滑行惯性和尾流区的脱落涡吸收能量。随滑行比增大,游动速度均值下降,但速度功率比却逐渐上升。所计算工况下,滑行比不小于0.6时,摆动-滑行游动比正常游动更节省能量。     

Numerical analysis of the high skew propeller of an underwater vehicle

A numerical analysis based on the boundary element method (BEM) was presented for the hydrodynamic performance of a high skew propeller (HSP) which is employed by an underwater vehicle (UV). Since UVs operate at two different working conditions (surface and submerged conditions), the design of such a propeller is a cumbersome task. This is primarily due to the fact that the resistance forces as well as the vessel efficiency under these conditions are significantly different. Therefore, some factors are necessary for the design of the optimum propeller to utilize the power at the mentioned conditions. The design objectives of the optimum propeller are to obtain the highest possible thrust, minimum torque, and efficiency. In the current study, a 5-bladed HSP was chosen for running the UV. This propeller operated at the stern of the UV hull where the inflow velocity to the propeller was non-uniform. Some parameters of the propeller were predicted based on the UV geometrical hull and operating conditions. The computed results include the pressure distribution and the hydrodynamic characteristics of the HSP in open water conditions, and comparison of these results with those of the experimental data indicates good agreement. The propeller efficiency for both submerged and surface conditions was found to be 67% and 64%, respectively, which compared to conventional propellers is a significantly higher efficiency.     

模型参数对水下两相冲压式发动机内推力影响的数值模拟研究

基于均质平衡流理论,考虑两相混合物的速度滑移,对水下两相冲压式发动机内流场进行了数值模拟,分析了水下两相冲压式发动机的内部结构参数变化对水下两相冲压式发动机内推力的影响。在给定来流速度条件下,发动机内推力随着进水道入口截面直径减小而增大,但是增幅减小,内推力随通气量的变化趋势没有改变;内推力和使内推力达到最大值的通气量最佳值随着进水道出口截面直径增大而增大;内推力随着喷管出口截面直径增大而增大,而通气量最佳值则减小;单独改变发动机进水道、混合室和喷管的长度以及混合室出口截面直径对发动机内推力的数值和变化趋势没有显著影响。     

一种航行体水弹道的数值仿真与试验研究

针对一种航行体复杂的水弹道特性,对流固耦合数值计算方法进行分析,并在此基础上采用MSC.DYTRAN有限元分析软件建立起航行体水弹道仿真计算模型,应用该模型计算得到航行体水中运动规律。研究了水弹道缩比试验相似准则及测试方法,开展多发次缩比试验获取了航行体水弹道特性。仿真计算和缩比试验结果的对比分析表明二者一致性较好,试验和计算方法能够为相似研究提供指导。     

鱼雷形水下机器人水动力试验研究

水下机器人的水动力参数是建立其空间运动数学模型的重要基础,文章对某鱼雷外形的水下机器人,在循环水槽进行了模型水动力试验,得到水下机器人阻力曲线、绘制出了水平斜航和垂直斜航受力随攻角和漂角变化的曲线并将其回归成与漂角或攻角相关的表达式,得到了与操纵性能相关的主要水动力系数,在此基础上对水下机器人的运动稳定性进行了分析,研究结果表明水下机器人能够满足运动稳定性的要求,同时试验得到的水动力参数为水下机器人的操纵性分析及运动控制提供依据.     

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.     

柔性尾鳍仿金枪鱼水下机器人自主游动研究

文章数值模拟了柔性尾鳍的仿金枪鱼水下机器人从静止加速到稳定巡游的自主游动过程,分析了其运动过程中的运动和水动力性能特点及变化,并与刚性尾鳍模型进行了比较.同时详细分析了尾鳍的运动参数如频率,摆动幅度,横移振幅对仿金枪鱼自主游动过程的影响.结果表明,仿金枪鱼在启动加速时效率较低,柔性变形可以较大地提高仿金枪鱼的推进效率;尾鳍的运动参数对自主游动过程有很大的影响:在一定的范围内,增大尾鳍的运动频率、摆动幅度和横移振幅可以提高运动速度、推力和推进效率,但过大的摆幅会降低推进效率.