潜艇结构振动声辐射数值计算

采用有限元／边界元法对潜艇水下辐射噪声特性进行了研究。依据潜艇各种真实的结构尺寸和设备参数，利用有限元软件ANSYS建立了接近于真实潜艇的有限元模型，并利用该模型来计算潜艇在水下低速航行时200Hz以下频率段的辐射噪声。首先计算了潜艇在电机激励时非耐压壳体表面节点的位移，然后将计算所得的位移结果转换成节点速度导入SYSNOISE边界元模型，以作为边界元计算时的边界条件来研究潜艇的辐射噪声，最后将计算结果与实际测量结果进行了对比，结果显示，在63Hz以下的准确性较高，而在63—200Hz频率段的误差则较大。     

潜艇破冰上浮近场动力学模型

[目的]随着各国对北极地理和气候环境研究的深入,越来越深刻认识到潜艇在北极所能发挥的政治和军事价值。研究潜艇破冰上浮过程及冰载荷的动态特性,可为潜艇壳体的设计和破冰厚度的选择提供支撑。[方法]基于近场动力学方法建立潜艇破冰上浮过程计算模型。首先,详细介绍近场动力学方法用于捕捉物体断裂问题的理论基础,分析该方法用于海冰材料模拟的可行性。然后,为反映潜艇破冰上浮真实的物理过程,基于接触检测理论,建立海冰粒子与潜艇表面的接触区域识别算法,给出计算接触载荷方法。最后,将近场动力学方法与接触区域识别算法结合在一起,开发潜艇破冰上浮计算程序,以跟踪每一个时刻的破冰状态,计算海冰对潜艇壳体的作用力。并以美国DARPA潜艇模型SUBOFF为计算对象,开展潜艇破冰上浮过程数值模拟。[结果]计算结果表明:在用所提方法模拟的潜艇上浮破冰过程中,海冰的动态断裂过程与观察到的美国核潜艇的破冰上浮结果基本一致,冰载荷的动态变化与实际情况相符合。[结论]该方法能为潜艇与冰的相互作用研究提供思路,所得结果可为极地潜艇壳体结构的优化设计提供支撑。     

基于EKF神经网络的潜艇运动模糊控制

非线性与大惯性是潜艇运动的主要特性,基于试验模型得到的潜艇标准运动方程在很多情况下无法准确描述潜艇的运动过程,特别是当潜艇运动方程建模误差较大时,传统基于模型的控制器设计方法就显得力不从心。因此,本文提出了一种不基于模型的卡尔曼神经网络模糊控制算法,在神经网络学习训练过程中,利用卡尔曼滤波算法优越的数学特性将扩展卡尔曼滤波递推公式与RBF算法结合训练神经网络权值,根据神经网络输出的潜艇运动参数设计模糊控制器。仿真结果表明,该算法具有很好的控制精度、动态特性和鲁棒性。     

基于面磁矩分布的潜艇磁场计算

潜艇磁场的单个磁偶极子模型,在计算外空间磁场分布时与实际情况误差较大,为提高模型准确度,本文优化潜艇磁场的计算方法,将潜艇磁矩看作均匀分布于壳体上的无限个磁偶极子,提出并定义了面磁矩密度假设。通过求解潜艇表面上磁矩微分元在场点的磁场积分,得到基于面磁矩分布的潜艇磁场计算数学模型。经过对比分析表明,该模型能够更准确地描述潜艇磁场的空间分布特性,以及潜艇磁异常随着探测距离的变化情况。     

潜艇直航操舵水动力尺度效应研究

尺度效应是船舶水动力学研究的一个关键问题。目前,对船舶尺度效应的研究大多集中在阻力性能方面。本文针对水下航行体操纵性能评估的需要,对水下航行体操舵水动力性能的尺度效应进行探讨。以典型潜艇模型SUBOFF为研究对象,采用计算流体动力学方法对不同尺度下的直航操舵试验进行数值模拟,分析网格尺度对不同尺度计算结果的影响。在此基础上,探讨不同尺度下的潜艇绕流场特性,以及作用在潜艇上的水动力及力矩变化规律,对于研究水下航行体操纵性能的尺度效应问题具有一定的借鉴意义。     

环境因素影响下的声目标强度数值计算

提出一种被称为声线跟踪目标回声强度(ARTES)的声目标强度计算工具。ARTES是用于预报位于实际水声环境中3D物体回声的计算软件，运用声线跟踪技术，包括水面、水底的影响，为通过介质的声传播建立模型。对于给定的声源参数，接收到的回波强度或波形可作为各种环境和目标参数的函数进行计算。该模型能处理复杂的CAD设计实体，包括夹层充水的壳体。壳体不同部分的材料和声学特性可以被定义，包括其效果可设定的无回声涂层。该模型能被作为水下物体的设计工具，还能用于预报实际环境中主动声呐的性能。     

单壳体潜艇承水压结构钢质模型设计

受到深水环境中的高压条件的影响,潜艇外部钢质结构所承受的压力巨大,为了能够准确的获得钢质结构外部单壳体的承水压数据,提出基于受力特征分析的单壳体潜艇承水压结构钢质模型设计。首先,基于受力特征分析对潜艇外部结构进行内弧立波的作用力分析,将分析参量作为模型的基础参量;接着,对潜艇的外部单壳体钢质结构进行建模;最后,结合基础参量对结构模型的承水压参量进行计算,从而完成对提出设计模型的设计。通过仿真实验,对设计模型的可行性进行验证并得出实验结论。     

澳大利亚未来潜艇外形特点分析

澳大利亚出于国家战略威慑力和能源安全性的考虑,预计在2026年完成下一代潜艇的设计制造,以接替"柯林斯"级潜艇,实现情报收集、对陆打击、协同作战等多重目标。从澳大利亚2026年潜艇的设计理念和具体实现入手,分析其外形特点和改良后的总体性能;在不同雷诺数条件下,采用数值计算方法对2026年潜艇的光体模型进行三维粘性流场数值模拟,分析其快速性以及同一网格划分的计算准确性随速度的变化规律;在雷诺数为3.50×107时,选取同2026年潜艇模型主尺度(L和D)、湿表面积、排水量基本相等的水滴形潜艇光体模型,保证网格数量相近,对其流场进行数值模拟,研究不同外形特点对潜艇水动力特性的影响。计算结果表明,2026年潜艇采用的外形水动力特性略低于水滴形,原因是潜艇设计的边界条件包含水动力特性、总体布置、可靠性、经济性等诸多方面,选取各项性能指标时,要综合考虑,彼此兼顾,达到较优的平衡状态。     

潜艇操纵面几何参数敏感性计算研究

以潜艇垂直面操纵运动线性运动方程为基础,以反映潜艇垂直面操纵性特征的典型技术指标为评价体系,提出了潜艇操纵面几何参数敏感性概念,采用敏感性指数作为评估操纵面参数对潜艇垂直面操纵性影响的指标.在主艇体参数固定条件下,为潜艇设计了系列参数的首尾操纵面,采用Bohlman的水动力估算方法,估算了该艇的线性水动力系数.在水动力估算和敏感性概念的基础上,开展了大量的敏感性计算,分析计算结果得到了潜艇首尾操纵面几何参数不影响潜艇逆速,尾操纵面对首舵升速率有很强影响等结论.     

基于蒙特卡洛法的环肋圆柱壳可靠性分析

潜艇环肋圆柱壳体在受外载荷作用时,无论是承受能力还是外载荷都不是一个固定的量,需要通过概率方法进行分析。本文采用可靠性的蒙特卡洛法对一换肋圆柱壳模型进行了可靠性分析,通过MATLAB计算程序结果表明了较容易发生危险的部位。     

水下舱段结构气垫隔声技术研究

针对潜艇动力舱段隔声问题,基于阻抗失配原理提出气垫舱段隔声结构形式;围绕气垫结构物理模型与统计能量法模型建立,气垫隔声效果验证、气垫设计参数影响规律这几个方面,开展气垫结构隔声性能研究。本文利用商用软件VA One数值计算耐压壳体受到单位白噪声激励后SIF声压随频率的变化曲线,通过控制变量法,一方面验证了气垫结构优良的隔声性能,另一方面掌握了气垫结构设计参数(包括轻壳体结构与厚度,空气层厚度,下潜深度,敷设吸声材料)对隔声性能的影响规律,为潜艇的机械噪声控制提供有力支撑。     

一个基于NURBS的船型设计系统

介绍了一个以AutoCAD、AutoSurf为软件平台、基于NURBS方法的船型设计系统。该系统采用曲面模型，用NURBS曲线／曲面实现船型曲面的定义。系统包括船型数据输入、船型曲线／曲面的生成与编辑、光顺性检查、静力学性能计算以及生成光照效果图等。     

潜艇计算机辅助设计的重量容积分析与排水量估算

本文采用新的重量容积分类方法,以一组包括潜艇的性能、布置、结构等因素在内的参数来表征潜艇。分析各类重量、容积与潜艇各参数之间的内在联系,建立了数学模型与计算机程序。程序输出包括潜艇的排水量、排水体积、各项重量和容积、动力装置的功率及各主要参数对排水量的影响系数。 分析和计算表明本文采用的模型较以往的排水量估算方法和重量容积分析方法有本质的改进,利用本程序对现役艇和在研艇进行试算。结果是令人满意的。程序已交使用单位实用,它可作为今后建立的计算机辅助潜艇设计系统的一个模块,为潜艇设计提供有效的工具。     

潜艇动力舱浮筏隔振参数对振动与声辐射的影响

降低动力机械引起的潜艇壳体振动以及水下声辐射一直是工程上的一个重要问题。本文利用ANSYS有限元软件，建立了潜艇动力舱的水下声振耦合模型。通过数值计算，分析了主动力浮筏隔振系统中的参数变化，如上下隔振器的刚度、筏体的质量比和刚度改变对动力舱内振动传递率以及水下辐射噪声的影响。本文建立的计算模型可进一步推广应用于因机械设备引起的整个潜艇水下耦合声振预报。     

舰艇噪声源贡献定量估计的分析方法

在用多输入／输出模型研究舰艇噪声源贡献定量估计的基础上，本文给出从条件和出发多计算各输入到输出贡献的方法，对各方法作了分析。对输入间相互独立情况，不同方法计算的结果相同，对输入相干情况，不同方法计算的结果不同。还分析传统噪声测量与多输入／输出模型要求的噪声测量的不同，从多输入／输出模型出发，给出舰艇降噪的分析方法，并以两个算例子说明。     

采用外部推力箱的潜艇武器发射系统

本文介绍一种采用外部推力箱的潜艇武器发射系统。潜艇至少有一个圆筒形鱼雷发射管，发射管的尾向部分位于潜艇的密封壳体内，而其口向部分则位于密封壳体之外。     

一种基于BP神经网络的潜艇自动舵探讨

针对潜艇自动舵的控制特点和要求,利用BP神经网络的学习和逼近功能,设计了潜艇自动舵的多输入、多输出自动舵控制模型,并对其训练后加入到潜艇运动模型中进行了仿真测试。仿真结果表明,该控制器具有理想的控制效果。     

潜艇艏端耐压平面舱壁构架设计计算方法

本文研究了潜艇艏端耐压平面舱壁构架的计算方法，在模型试验及实艇应变测量的基础上，引进周边固定系数的概念，改进了潜艇规范中边界简支交叉梁系模型，在挠度计算中计及了剪力的影响。本文求导的计算公式可供潜艇结构设计人员参考使用。     

潜艇效能与作战系统性能相关

描述潜艇作战数据系统性能与潜艇效能相关的分析方法。该方法将HIL作战系统模拟器、“蒙特卡罗”战术模拟器以及排序模拟器相结合，在较短的时间里取得了一定的成果。潜艇效能的测评原则就是计算与敌方潜艇对抗中的胜负比例。运用在HIL模拟器中的部分作战系统，经过模拟对抗试验，收集用于评测作战系统性能的特征，例如，一个操作员管理的目标数及完成各种动作过程要花费的时间等。对这些从有限的模拟场景中得到的测量结果，运用排序模型来进行系统和操作人员资源分配，再将结果输入战术模型中用来检验作战系统性能，同时也检验了潜艇其他方面（如隐身、声呐及武器系统）的性能。     

潜艇操纵水动力小波神经网络预报方法研究

针对潜艇操纵性优化设计中水动力系数预报问题,在潜艇水动力预报中引入艇体肥瘦指数概念,确定了潜艇艇体几何描述的五参数模型。提出采用小波神经网络方法预报潜艇水动力,确定了神经网络的结构,利用均匀试验设计方法,设计了神经网络的学习样本。在验证CFD预报艇体水动力有效的基础上,完成了样本水动力系数的CFD计算;通过对样本进行学习,完成了潜艇艇体操纵性水动力系数小波神经网络预报。研究结果表明,只要确定适当的输入参数,选择适当的学习样本和网络结构,利用小波神经网络方法对潜艇水动力进行预报可以达到较高的精度。