潜艇垂直面分离型数学模型及其干扰因子分析

潜艇垂直面分离型操纵运动数学模型是以艇体(H)、螺旋桨(P)、艉附体(R)和围壳舵(B)各自单独的水动力性能为基础,再加上H、P、R、B相互之间的流体动力干扰组成.该模型便于处理实艇和模型的相互关系(如模型舵失速问题的修正等),也有利于了解艇体、螺旋桨和附体对水动力的贡献,同时还便于积累资料和迅速估计设计方案的局部修改带来的潜艇操纵性能的变化,对于工程设计、计算有其独特的优势.潜艇垂直面分离型操纵运动数学的建立关键在于确定干扰系数,模型干扰系数可分为三类,第一类是艇体对附体的干扰系数:γB、ιB、γR、和ιR;第二类干扰系数为附体对艇体水动力的干扰:tB、aB、tR和aR;第三类为螺旋桨对水动力影响κ.文中介绍了干扰系数的确定方法,以及模型与实艇干扰系数换算关系.     

带新型冷却装置半滑行艇减阻方案探讨

为了降低带新型冷却装置的半滑行艇的阻力,提出在新型冷却装置上加半遮挡板、在艇体尾部增加艉压浪板、楔形块或拦截器等方案,采用船模试验方法开展方案对比分析,试验结果表明,在新型冷却装置上加半遮挡板的减阻效果达到8%,艉压浪板和楔形块的降阻效果达到15%。     

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。     

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。     

滑行艇升沉纵摇运动的二维数值预报

基于CFD软件对滑行艇二维简化模型在均匀来流中的运动响应进行数值分析。根据滑行艇的流体动力数值计算结果实时求解滑行艇的运动响应特性,对4种不同傅汝德数下滑行艇的纵摇与垂荡耦合运动特性进行研究,得到艇体升沉幅值、纵摇角随时间的变化特性,以及阻力、升力和力矩随傅汝德数的变化规律,并分析了艇体达到稳定状态所需时间和滑行过程中艇底动压力的变化特性。研究表明:傅汝德数1.5时达到稳定滑行状态的时间仅为80 s;除了在傅汝德数2.0时发生严重振荡,其余3种情况下滑行艇均能够趋于一种"动平衡"状态。     

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.     

基于潜艇模型尾流湍流强度和耗散率的CFD模拟

优良的隐身性能使得潜艇具有强大的突防能力,因此,控制潜艇尾流信号特征对于提高潜艇隐身性能意义重大,这些信号特征主要包括尾部湍流强度、湍动能、湍流耗散率等。同时,优良的艇型对于抑制尾流信号特征、提高潜艇快速性和隐身性也具有重要意义。基于此,采用RANS方法计算SUBOFF潜艇主艇体艇型及6种改良艇型的艇体粘性绕流,将CFD方法用于分析艇体半径、艇艏长度、艇艉长度等参数对潜艇尾流信号特征的影响。计算结果显示：在SUBOFF潜艇主艇体艇型及其6种改良艇型的尾流场中,增加艇体半径有利于抑制远尾流场湍流信号特征,在近场则不利;增加艇艏长度能降低近尾流场湍流信号特征,在远场影响较小;增加艇艉长度在近、远尾流场均有利于降低其信号特征。     

规则波中无人艇回收的水动力性能分析

[目的]小艇回收过程是典型的多体相互干扰的动力学问题,纵向滑道回收是常用的回收方式,小艇在大船尾流中快速运动冲向艉部捕捉装置时,受到大船的尾流影响,可能会出现倾覆的危险。[方法]采用粘性流数值波浪水池、重叠网格和六自由度运动等技术,以DTMB 5415为母船,模拟Fridsma型无人滑行艇(以下简称无人艇)快速接近母船过程中的干扰运动。计算分析无人艇在波浪中的运动特性,在此基础上开展波浪中小艇在大船尾流中的运动仿真。[结果]计算结果与试验结果的比较表明计算方法可靠。仿真计算结果表明小艇受大船尾流的影响较为明显。[结论]当小艇运动方向不在大船尾流正中心时,小艇的纵倾和横摇会受到显著影响,最终导致倾覆现象的发生。     

潜艇艉水平翼如端板的操纵性设计预报研究

潜艇艉水平稳定翼加断板（Ｈ型艉布局）可以显著地提高其垂直面的运动稳定性和机动性,从而也可以缓解水平翼超宽问题,因而该布局在新型潜艇的设计中受到青睐。本文对Ｒｉｌｅｙ＾「１」机翼端板的系列试验和Ｄｅｍｐｓｅｙ＾「３」潜艇艉水平翼的系列试验的数据进行了重新分析,提出了稳定翼有效展弦比的概念,并基于此概念,提出了一套简洁完整的半经验计算方法,可用于潜艇Ｈ型艉布局的操纵性设计和预报。与实际艇型试验结果的比     

海底沙波对潜器水动力性能的影响

[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。     

滑行艇尾部结构的模态分析和响应预报

针对某滑行艇尾部结构振动问题,建立尾部结构三维有限元模型,应用MSC.Patran/Nastran软件对其进行模态分析和响应预报。其中,采用虚拟质量法模拟流体与结构相互作用来计算附连水质量;运用瞬态响应分析方法计算螺旋桨脉动压力引起的尾部结构振动响应。通过分析获得该艇尾部结构的振动特性,为结构减振设计提供依据。     

首艘尖头蜗尾船型的研究

本文阐述了监督73~*艇的船型研究要点,文中给出了该艇船模快速性、操纵性试验主要结果以及实船试航结果。     

“海豹6号”震源船悬尾结构强度分析

"海豹6号"震源船由于设备布置需要,在船尾处加设一个悬尾结构.应船级社要求,悬尾与主船体连接处结构要进行直接强度验证.本文对该悬尾带来的结构不连续处的强度进行了简化船体梁法和有限元直接计算法分析.通过这2种方法的研究分析,分别对悬尾结构的抗弯、抗剪及抗扭强度有了整体的认识和局部细节的把握,证明了结构不连续处的弯曲和剪切强度符合要求,并对甲板吊支架非对称负重时可能产生的大扭矩等提出了使用限制.     

Hydrodynamic optimization of a catamaran hull with large bow and stern bulbs installed on the center plane of the catamaran

Here, a numerical optimization procedure is proposed for a fundamental study of a fast catamaran, and we compare the wave-making characteristics of a catamaran hull form with and without large bow and stern airship-type bulbs installed on the center plane of a catamaran operating at high speed. The method involves coupled ideas from two distinct research fields: numerical ship hydrodynamics and a nonlinear programming technique. The wave-making characteristics of catamaran hulls with and without bulbs were investigated using the panel method applied to free surface flow (PAFS), in which Morinos method for lifting bodies is extended to analyze the problem of free surface flow, and PAFS is linked to the optimization procedure of the sequential quadratic programming (SQP) technique. An optimum hull form for a catamaran can be obtained through a series of iterative computations, subject to some design constraints. Here, only the hull shape of a catamaran is optimized with and without center-plane bow and stern bulbs. The optimization is carried out at two Froude numbers, 0.45 and 0.5, which are around the last hump of the wave-making resistance curve. The numerical results show that a reduction in wave-making resistance is achieved around the design speed.     

船舶环形总段吊装专用多吊点吊索具配套方案设计

本文针对薄壁型大型环形船体分段的总组吊装问题,提出了一种高性价比的解决方案——专用多吊点吊索具配套方案。同时通过受力分析和计算,确定了该方案所用工装的技术参数。     

“南越王船”研究

作者对西汉南越文王墓出土的一个提筒上的船纹进行了研究,发现该船纹绘有首锚、水密舱、尾舵,由此可见首锚、水密舱、尾舵在我国出现的时间应不迟于秦汉时期。     

抬浮力打捞工程船艉轴轴承热力学有限元仿真

以12 000 t抬浮力打捞工程船为例,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件中的热力学模块对艉轴轴承的散热情况进行研究。介绍轴系布置和艉轴管空舱,分析油膜建立情况下的艉轴轴承热平衡和工作压力分布,进行轴系与艉轴管空舱的热力学有限元仿真。仿真结果满足艉轴轴承的相关要求,并在实船试航中得到验证,表明可取消常规的艉轴管冷却水舱。     

补给工作艇收放装置选型设计分析

工作艇是军辅船的常用设备,目前,国内对其在高海况下的安全收放问题尚无很好的解决办法.通过对"C"型单点起吊方案和"A"型双点起吊方案的对比分析、适用的状态分析,指出了各自的优缺点,同时在挂钩中设置了波浪补偿装置,综合考虑解决双点同步性的问题,从而保证了工作艇收放的安全性.     

超大型集装箱船艏艉砰击强度直接计算方法

超大型集装箱船的船艏显著外飘、船艉宽平外悬,使其在恶劣海况下航行时容易发生严重的砰击。为确保船体艏艉部结构在砰击中不发生损坏,需要研究作用到艏艉外板上的砰击压力,并以此为设计载荷来校核外板和相连结构的强度。目前对集装箱船砰击局部强度的校核要求仍以经验公式为主,但是为提高对超大尺度船舶强度校核的可靠性,近年来推出了砰击的直接分析方法。本文初步分析了砰击直接分析方法的基本原理,并运用该方法对20,000 TEU集装箱船的艏、艉部砰击压力以及最小板厚要求进行了研讨,其结果可为超大型集装箱船的结构设计提供重要的参考。     

船用螺旋桨理论研究的发展与方向

结合近代船用螺旋桨理论研究经历的三个发展阶段,系统地分析各个阶段螺旋桨理论研究的方法,分别介绍动量理论、叶元体理论、升力线理论、升力面理论、边界元法、粘性流体动力学法等。探讨螺旋桨理论与流体力学之间的关系,重点介绍粘性流体动力学法中计算流体动力学在螺旋桨理论研究中的应用,探讨船用螺旋桨理论今后的研究方向。分析结果表明：船用螺旋桨理论研究的方法和手段都与流体力学学科的发展关系紧密,计算流体动力学和流体力学试验手段的进步将促进螺旋桨理论研究的发展。