国外大比例潜艇模型试验研究

采用大比例潜艇模型进行试验测试可有效评估、预测潜艇战技性能,从而推进潜艇研制工作。与实艇试验相比,大比例潜艇模型试验具有低成本、无人员安全风险等突出优点。本文将研究国外大比例潜艇模型试验情况,分析未来潜艇大比例模型试验发展趋势。     

单桨尖尾潜艇离靠码头的自航模试验研究

常规潜艇离靠码头是经常性的机动方式,自航离靠码头的能力是常规潜艇的重要战术技术性能之一.本文介绍潜艇自航离靠码头的特点及其对操纵性的基本要求,用于模型试验的金属自航模及风、流模拟,试验项目的确定及某艇型试验结果的简介.     

潜艇带固有初始横倾应急上浮安全性研究

通过理论分析和非常规水动力模型试验的方法,研究潜艇带固有初始横倾应急上浮的安全性.通过分析、换算,对实船带横倾上浮状况进行预报,并进行了实船试验验证.提出的研究途径及试验方法,可有效应用于潜艇应急上浮安全包络的实际工程预报.     

CFD在潜艇操纵性水动力工程预报中的应用研究

潜艇操纵性的设计预报基础是潜艇操纵性水动力的预报.基于潜艇线型几何参数的工程实用预报方法,在潜艇操纵性方案选型和水动力布局优化设计中显得尤为重要.本文探讨CFD在潜艇操纵性水动力预报方面的应用能力和预报精度,并应用七参数线型模型、采用均匀设计试验方法,设计了一个系列28条潜艇主体类水滴型模型,通过数值模型试验和回归分析,提出了潜艇主体操纵性水动力的估算公式,具有良好的应用前景.     

潜艇运动仿真及航行试验评估方法

潜艇运动仿真和航行试验评估在潜艇的整个设计周期中起重要作用。在设计论证阶段,基于理论计算的潜艇运动仿真可以对潜艇总体性能进行预评估,而航行试验评估则对仿真计算与模型试验进行验证。本文介绍了潜艇运动仿真的设计状况、设计要点及系统辨识方法。并对标准海上试验程序提出修改意见,在确定的定常航行条件下,这个新的程序可以在较少的时间内获得更有用的结果。     

CMAC神经网络在潜艇操纵控制中的仿真应用

基于MATLAB/Simulink软件包.利用拘束模型试验的水动力实验结果.开发了潜艇的六自由度操纵运动预报模型.其典型机动的仿真结果与自航模试验结果吻合较好.在此基础上,成功地将CMAC神经网络技术应用于潜艇操纵运动控制仿真中.仿真结果表明,神经网络控制比单独的PID时的控制效果优越,舵机操舵幅度明显减小,且具有较强的抗干扰能力,鲁棒性强等优点.     

潜艇快速性模型试验分析及实艇预报新方法研究

本文在研究二向度实效伴流理论的基础上，建立了新的潜艇快速性模型试验分析方法，将该方法系统地应用于各类潜艇快速性模型试验分析，结果表明它适用于所有单轴潜艇快速性模型试验分析，特别是尾部有较强旋转流动的情形；本文还基于二向度方法，并引入摩擦形状因子的概念，提出了新的潜艇快速性预报方法，结果表明，新方法的最终预报结果与传统方法相同，但推进效率的分量不同。     

平台支撑的潜艇平面舱壁的极限强度分析

借助国际通用的大型非线性有限元分析软件,对潜艇内部以加强平台取代水平横桁的平面舱壁结构的极限强度进行了非线性的有限元分析.阐述了单元及网格尺度的选择和求解控制策略;求得了结构的应力、应变分布规律;以及探讨了结构极限承载能力、破坏模式、塑性破坏机理.模型试验结果表明,试验值与有限元分析计算值吻合良好.     

潜艇近水面自由水表面条件下的操纵性

由深水域的潜艇运动方程导出了近水面平静水面下的潜艇变系数运动方程,在模型试验确定的不同深度的潜艇水动力系数的基础上,对潜艇近水面的稳定性和机动性能进行了数值模拟计算。结果表明,随着潜艇越接近水表面,其水平面稳定性有所提高而水平面内机动性有所下降,潜艇的垂直面稳定性有所提高。     

实尺度试验水动力建模、模拟及评估的最新发展

在潜艇的设计过程中，建立潜艇运动模型和评估航行试验起到了重要作用。在设计初期，可根据性能规范评估理论计算的潜艇运动模拟，航行试验评估不但在验收过程中起着关键作用，而且它也是验证理论计算和模型试验的工具。介绍HDW公司水动力部门目前的一些研究工作，并对未来项目进行展望。首先介绍模拟潜艇运动的工具及其目前在设计过程中运用的部分和将来改进的目标。以212A级首艇航行试验的评估为例，简要介绍了系统识别工具；描述了其中一个标准航行试验的修正过程，对确定所谓的定常航行状态的新程序将提供更可靠的结果，而需要的时间明显减少。     

Influence of turbulence closure models on the vortical flow field around a submarine body undergoing steady drift

Manoeuvring underwater vehicles experience complex three-dimensional flow. Features include stagnation and boundary layer separation along a convex surface. The resulting free vortex sheet rolls up to form a pair of streamwise body vortices. The track and strength of the body vortex pair results in a nonlinear increase in lift as body incidence increases. Consequently, accurate capture of the body vortex pair is essential if the flow field around a manoeuvring submarine and the resulting hydrodynamic loading is to be correctly found. This work highlights the importance of both grid convergence and turbulence closure models (TCMs) to the strength and path of the crossflow-induced body vortices experienced by the DOR submarine model at an incidence angle of 15°. Five TCMs are considered; Spalart–Allmaras, k-ε, k-ω, shear stress transport, and the SSG Reynolds stress model. The SSG Reynolds stress model shows potential improvements in predicting both the path and strength of the body vortex over standard one- and two-equation TCMs based on an eddy viscosity approach.     

基于MOGA的潜器快速性和操纵性综合优化研究

基于Pareto解的多目标优化方法NSGA-II应用至潜器的快速性与操纵性综合优化设计之中。通过回转体潜器阻力性能的数值计算结果建立了阻力的近似计算模型,并与系列模型试验结果进行了比较;通过估算潜器的水动力系数,根据水平面线性运动方程得出水平面操纵运动稳定性和机动性的衡准指标。优化后,得到了阻力与回转直径的Pareto最优解的散点图,设计者可针对不同需求的潜器,从中进行选择,保证了Pareto最优解对应的每一艇型设计方案在满足操纵性要求下阻力最小,或在该阻力值的条件下操纵性最优。     

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。     

基于支持向量回归机和粒子群算法的船舶操纵运动模型辨识

基于仿真的Z形试验数据,应用支持向量回归机对船舶操纵运动响应模型进行了机理建模,从核函数结构中得到了模型中的操纵性指数,并利用建立的响应模型进行了Z形试验的运动预报,同时引入粒子群算法对惩罚因子C值进行寻优,以减少惩罚因子C值选择的任意性对船舶操纵运动模型辨识精度产生的不利影响。通过将运动预报结果同仿真试验数据进行比较,验证了文中方法的有效性。     

潜艇在海洋密度锋中受绕运动建模与仿真研究

根据分析潜艇通过海洋密度锋区的受力特点,建立潜艇在海洋密度锋中的受力和垂直面运动模型。通过潜艇垂直面运动仿真,分析自由运动、PID操舵控制、操舵加均衡控制和综合运用增速、操舵加均衡控制等情形下海洋密度锋对潜艇纵倾角、潜浮角和升沉运动的影响,结果表明综合运用操舵、增速和均衡进行控制可以更为有效地控制潜艇在海洋锋区航行深度和运动姿态。     

俄罗斯电化学发电机AIP潜艇的设计与发展

本文叙述了俄罗斯基于电化学发电机的AIP潜艇装置发展状况,介绍了俄罗斯(苏联)电化学发电机AIP潜艇及AIP装置设计,对俄罗斯AIP潜艇的现状进行了分析,并对其未来发展做了预测和展望。     

稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究

讨论了目前用于海底悬跨管线涡激振动预报的主要数值模型,针对海底管线悬跨段涡激振动问题编制了有限元分析程序,程序采用梁单元模拟管跨结构,动力响应计算方法采用VIVANA模型,模型控制方程采用Newton-Raphson迭代算法求解。采用Larsen,Koushan等人(2002)和Larsen,Baarholm等人(2004)给出的两组不同的用于确定升力曲线的参数曲线进行计算,将计算结果与Tsahalis(1984,1987)的模型实验结果进行了比较。结果表明本文的涡激振动模型能够预报间隙比e/D=∞时海底悬跨管线的涡激振动响应;采用Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线得到的计算结果与间隙比e/D=∞时的实验结果符合较好,Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线较Larsen,Baarholm等人(2004)参数曲线更适合于海底悬跨管线的涡激振动预报。     

船舶操纵性能及其代理模型构建

为了提高船舶操纵性能计算效率,文章结合基于NAPA计算仿真结果和支持向量回归方法预报海洋平台支援船的操纵性能,在收集足够相关船型信息前提下,采用能够合理探索设计空间和抽样的拉丁超立方方法获取了30条样本船型数据。通过NAPA仿射变化、位移转换及根据船型设计变量进行局部调整从而生成系列船型以表达船体几何形状。针对每个船型,分别计算了5项操纵性衡准指标：进距、战术直径、横距、10°舵角第一超越角和20°舵角第一超越角。为提高船舶操纵性能的计算效率,文中利用作者早先新提出的一种单参数Lagrangian 支持向量回归算法来训练并构建代理模型以预报船舶操纵性能,该算法整合了Laplace损失函数,仅采用单参数控制计算误差并于置信区间中增加了b2/2项。以海洋平台支援船为例,采用SPL-SVR算法预报船舶操纵性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络、经典支持向量回归算法进行对比。不需要昂贵的仿真代码计算,文中采用SPL-SVR算法建立的船舶操纵性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较好的效率和适用性。     

海洋悬空管道非线性振动稳定性分析

以海洋悬空管线为研究对象,根据海洋悬空管道的主要特征,将海洋悬空管道简化为两端简支梁力学模型．涡激升力简化为简谐荷载。在考虑管道非线性因素下,建立悬空管道的横向振动方程,并采用谐波平衡法对方程求解。可得出洋流涡激作用下海洋悬空管道横向振动失稳的双尖点突变模型,由此导出悬空管道失稳条件。根据失稳条件分析发现．海洋悬空管长度对稳定性影响起主导作用,并在假定其他条件不变的情况下,分析影响悬空管道稳定性的因素和悬空段临界长度之间的关系。分析结果表明：随着外流流速、管内流流速、管内压强的增加,悬空管道的临界长度减小：随着材料弹性模量、管外直径的增大．悬空段的临界长度增加：其他影响因素相比较而言可以忽略．     

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。