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。     

基于CFD前处理软件的潜艇加速度系数势流计算方法

采用CFD前处理软件和势流计算相结合的方法,解决潜艇设计中的加速度系数计算问题,对传统方法进行合理改进和优化,提高了工作效率。为检验该方法计算精度,文中计算了3种艇型模型,计算结果用模型试验验证。结果表明,此方法可以有效克服传统面元处理方法对潜艇复杂局部结构几何描述能力不足的缺陷,提高了计算精度。     

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。     

潜艇结构低周疲劳寿命工程评估方法

本文基于断裂力学建立了潜艇结构低周疲劳寿命的工程估算方法，理论计算与模型试验结果比较表明：该方法是合理可靠的，可用于潜艇结构低周疲劳寿命评估。     

基于CFD的潜艇操纵性数值仿真发展综述

潜艇操纵性是潜艇重要的综合航行性能之一,随着计算机能力的提升及计算流体力学理论的进步,基于CFD技术的潜艇操纵性预报已成为当前的研究热点。本文在收集分析国内外潜艇操纵性预报相关文献资料的基础上,分别介绍基于CFD的潜艇操纵性间接预报方法和基于CFD的潜艇操纵性直接预报方法的特点,对近20年来基于CFD方法的潜艇操纵性预报研究的若干热点问题及进展情况进行总结及展望。     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。     

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。     

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。     

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.     

潜艇模型试验在控制器设计中的作用

自航模试验是对控制规律进行验证确认的一种主要手段。这种试验可以减少控制器及其与电子传感器和机械传动装置的接口在实际运行时的风险。对英国潜艇而言，模型试验都是在QinetiQ进行的，描述了所用到的设备和这套模型系统的能力。控制器设计一般以潜艇运动的线性数学模型为基础。特定性能要求可融入到控制器设计当中，这样才能确保优良的最终运行效果。作为有效性的例子，给出了频率响应试验的结果。这些试验表明，尽管在物理模型和数学模型之问存在差别，还是可实现所期待的控制反应。早先对多变量状态空间技术的应用研究正逐步趋向集中到深度保持设计上。描述了如何通过模型试验帮助建立一种深度控制策略，所介绍的试验技术有助于解决外部的物理影响，这种技术提供的是令人信服的重复性并可提高试验效率。     

基于CFD模拟的水面船功率性能预报研究

论文针对水面船CFD标模KCS,进行CFD计算,模拟实船功率性能预报研究。比拟基于模型试验的水面船功率性能预报,开展了船模阻力、螺旋桨模型敞水和船模自航的数值模拟。通过对CFD模拟结果的分析,获得KCS实船的自航因子,并预报了设计航速下的实船功率。CFD计算模拟、分析及预报结果,都与模型试验及基于模型试验的预报结果进行了比较,总体上符合较好。     

利用计算流体力学工具设计高速水下运载器

随着比过去计算速度快得多的并行处理能力应用于流体计算数值方法的进步，计算流体力学(CFD)正被广泛地应用于流体力学、水声学和内部流动问题。近来，海军科学技术实验室正利用计算流体力学从事高速水下运载器的研究工作。主要叙述了海军科学技术实验室利用计算流体力学工具并结合模型试验设计研究水下运载器的各方面技术，这些技术的优点非常显著。流体力学的不同方面，如高速水下运载器的减阻、边界层分析和尾迹分布状态已在利用计算流体力学进行研究，其结果将与在海军科学技术实验室高速拖曳水池做的模型试验验证结果一起提出。这种分析方法将简要论述在船型、推进器和操纵面等方面的应用。     

基于CFD的水下滑翔机水动力导数计算

水动力导数求解是进行水下滑翔机操纵性能分析的基础,为了快速预报水下滑翔机的操纵性能,开展基于CFD方法的水下滑翔机水动力导数计算研究。选用约束模型试验作为水动力导数求解方法,并给出其CFD数值模拟方法;以SUBOFF潜艇模型为例,进行约束模型试验的CFD数值仿真和水动力导数计算。计算结果表明,CFD数值模拟方法可用于水下潜器的水动力导数计算。采用CFD方法对水下滑翔机的斜航试验、纯横荡和纯首摇运动进行数值模拟,并利用最小二乘法拟合仿真数据得到水下滑翔机的水动力导数,为操纵性能分析提供支撑。     

基于CFD的内河自航绞吸挖泥船阻力计算及分析

自航绞吸挖泥船在疏浚工程中具有广泛应用,船身常设有大型开槽用于特殊设备的装载。利用CFD方法进行某2000m3/h绞吸挖泥船的深水阻力计算,该船为内河超大型船舶,船身肥大。计算中考虑自由面的影响,比较不同航速下的阻力值与模型试验值,CFD数值模拟结果较为理想,证明了CFD技术在这类船舶阻力预报方面的适用性,可在进一步的深入研究之后部分取代船模试验。     

加装节能导管的典型散货船自航CFD模拟与节能评估

节能效果的准确预报评估,对于船舶加装水动力节能装置而言非常重要。该文以国际标模JBC为对象,开展典型散货船加装节能导管的CFD计算分析研究：首先,开展了不同湍流模型、不同网格下带与不带节能导管的船模阻力数值计算,并对尾流场模拟结果进行了分析;然后,基于对船模阻力、流场计算结果的分析,选取了标准k-ε 和RNG k-ε 2种湍流模型开展了船模自航的CFD模拟;最后,基于自航模拟结果预报了加装节能导管的节能效果,与模型试验结果相当接近。研究表明,文中的CFD计算方法可以用于肥大型船舶加装节能导管的节能效果预报评估。     

潜艇外壳结构的水声分析

现今在舰船设计中一个令人感兴趣的主要领域是舰船消声，特别对潜艇而言尤其如此。为了设计和建造安静性舰船，我们可利用和开发所有的技术以降低其振动噪声。现在与船舶消声有关的方法仍依赖于实验，且这种方法还会持续许多年。文中描述了预测和识别潜艇外壳结构振动响应和声响应的理论和实验方法，并给出了两个例子：一是潜艇艉部结构，二是与预测水动力自噪声有关的艏部结构。利用浸没水中的壳体部分缩比模型研究此类问题。     

综合安全评估法在潜艇全寿期设计中的应用

综合安全评估（FSA）法是目前世界上获得广泛推广使用的一种船舶安全设计的工程技术方法，结合我国潜艇全寿期中的安全性设计，从潜艇设计和建造、潜艇服役和管理、潜艇相关规范的制定等方面说明在潜艇安全性设计中采用FSA方法的必要性，另外还介绍了FSA方法的特点、原理、评估方法和过程等，倡议将FSA的概念尽快引入到潜艇设计中，文章最后给出了FSA方法在潜艇设计领域的适用范围。     

利用知识库技术的潜艇概念设计

潜艇概念设计阶段工作复杂，这是因为潜艇设计特性参数及其性能之间的关系并非总是直接明了的。改变潜艇一个特性参数可以改进其菜一特定性能，但同时又使另一个性能恶化。传统上处理这种复杂性的方法，是将一个新概念建立在充分描述的前几型设计的基础上。这类设计概念的性能特性参数，可用一个模型来计算，而该模型中的输出／输入数据已被固定其中。新方法中，设计知识库知识在数值、几何形状和拓朴格式方面相对于输出／输入数据是不固定的。说明研发这一方法期间引发的重要问题。介绍几艘潜艇设计实例，示出了在应用低速主电机时对潜艇尺度和性能的影响结果，以及在该概念从双壳体改为单壳体时对渗艇尺度和性能的影响。最后介绍在某一给定的推进性能下，计算潜艇尺度时问题反向研究的结果。     

船体表面变形重构及其CFD数值计算网格自适应方法

将船体几何建模重构技术与CFD技术及最优化理论相融合形成的SBD(Simulation Based Design)船型设计方法,使得船型设计从传统经验设计向以数值评估数理寻优为特征的知识化设计新模式转变,为船型设计创新打开了新的局面。本文针对该设计模式中船体几何重构和高精度CFD数值计算网格自适应关键技术进行研究,给出了船体几何整体/局部重构方法及其流程,同时详细阐述了船体表面网格自动变形与体网格自适应方法及其实现过程,突破了高精度CFD方法在船型自动优化流程中应用的瓶颈,为开展SBD船型设计打下了坚实的基础。     

声学目标强度建模

所谓“目标强度”（TS）是指描述潜艇作为被主动声呐探测目标的主动声呐等式中唯一的量。作为支持系统估算声探测距离的输入值，了解目标强度具有决定性作用，并对完成潜艇使命具有直接影响。因此，用于计算目标强度的数值法和软件对于潜艇设计和声目标强度的测量变得日益重要。目前，有多种专门用于该工作，并且经常用于实艇的目标强度的计算。