基于STAR-CCM+的潜艇舵翼水动力性能研究

潜艇舵在设计的时候并未充分考虑潜艇伴流以及螺旋桨的影响,导致实际上舵的水动力效果与设计值存在偏差。为了解这种影响的大小,利用Star-CCM+分析棱柱层、湍流模型、网格离散、定常与非定常方法对敞水舵计算结果的影响,并选择较佳的物理模型对SUBOFF潜艇上的单独舵、直航打舵以及斜航工况进行计算,并将水动力计算结果与水池试验值和风洞试验值进行比较,分析艇体伴流对舵翼水动力的干扰,更深入认识艇体对舵的水动力影响,为优化潜艇舵翼设计提高潜艇操纵性以及降低噪声提供了参考依据。     

潜艇艏舵绕流场的数值模拟

为了研究艏水平舵位置对于艉部流场的影响,将艏水平舵布置在指挥室或主艇体上(分别称为围壳舵和艏舵)。通过对SUBOFF进行数值模拟计算,验证网格划分方式和数值计算方法的正确性,并将该方法应用于围壳舵和艏舵模型。计算结果表明,在采用较好的流线型指挥室的情况下,采用艏舵形式有利于艉部伴流场的均匀性。     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点.在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵.本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵.     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点。在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵。本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵。     

潜艇水动力系数数值计算

舰船的水动力系数是衡量舰船操纵性能的重要指标.应用FLUENT软件对潜艇的拖曳及旋臂试验进行数值模拟,得到了潜艇的一系列速度、舵角及角速度水动力导数,与文献结果对比说明所使用的方法是可行的.     

KVLCC2船-舵系统斜航水动力数值计算

  目的  为了研究船舶在斜航条件下的粘性绕流场,为研究船舶操纵性提供相关依据,  方法  采用商用软件STRA-CCM+,选取SST k-ω湍流模型,对KVLCC2模型在不同漂角条件下的水动力性能、船体流场进行预报。观察船模在不同漂角下的压力分布情况,并对船底涡系脱落及船体表面约束流线进行观测。  结果  结果表明,数值模拟在预报船舶横向力和转艏力矩以及船身表面的压力分布时满足工程应用的要求。  结论  所得结论对研究船舶斜航条件下的流动分离现象具有一定的参考价值。     

基于自航流场数值模拟的舵球节能流场分析

本文采用快速性数值模拟方法对加装舵球的36000吨散货船进行了节能评估。结果显示,加装舵球能起到一定的节能效果。之后本文对有、无舵球的两种方案的自航数值模拟流场进行了对比,分析获得了舵球节能的原理。本文模拟结果不仅可作为模型试验的有力补充,也可为舵球的优化设计提供重要参考。     

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于CFD对国际标模KCS斜航状态进行了数值模拟,分析了不同漂角时螺旋桨在纵向、横向、垂向三个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨了漂角对推力偏心矩的影响。数值模拟采用RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes)方法,结合SST k-ω湍流模型和滑移网格。计算考虑了±20o,±10o以及0o漂角,结果表明：由于横向水流改变了螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。     

潜艇组合型尾舵的水动力模拟计算及分析

首先对阐述了计算流体动力学的基本知识,介绍了RANS控制方程和湍流模型,然后利用计算流体动力学软件CFX,合理选用有限体积法和RNG k-ε湍流模型对潜艇组合型尾舵的水流场进行了数值模拟计算,得到其在一定舵角下的升力系数、阻力系数、扭矩系数和压力中心系数曲线图,通过对其进行分析,得到了潜艇组合型尾舵的外特性随舵角变化的规律.本研究对于潜艇组合型尾舵的水动力性能研究、设计及工程应用具有一定参考价值.     

基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究评述

潜艇倒航操纵性研究是潜艇操纵性领域的难点问题。在调研和查阅了大量文献资料的基础上,综述了国内外潜艇倒航操纵性研究的发展概况,着重对潜艇倒航操纵运动数学模型、基于 CFD的数值操纵水池技术和潜艇倒航运动操纵性能分析方法等方面存在的问题进行讨论,分析了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的可行性,提出了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的基本方法、需要解决的重点问题及关键技术。     

基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究评述

潜艇倒航操纵性研究是潜艇操纵性领域的难点问题。在调研和查阅了大量文献资料的基础上,综述了国内外潜艇倒航操纵性研究的发展概况,着重对潜艇倒航操纵运动数学模型、基于CFD的数值操纵水池技术和潜艇倒航运动操纵性能分析方法等方面存在的问题进行讨论,分析了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的可行性,提出了基于数值操纵水池的潜艇倒航操纵性研究的基本方法、需要解决的重点问题及关键技术。     

扭曲舵水动力数值计算和自航约束模试验测量研究

建立了桨后舵水动力的CFD数值计算方法,对两种舵的压力分布和舵力进行了比较,结果显示扭曲舵可以明显减小0°舵角时舵上的横向力和舵轴扭矩。在拖曳水池中进行了自航约束模舵力测量试验,对扭曲舵和普通舵的舵力进行了测量,试验结果也表明,在0°舵角时,扭曲舵上的受力状态得到明显改善。将舵力的数值计算结果与试验结果进行比较,两者有较好的一致性,说明建立的数值计算方法可以对桨后舵舵力进行较好的模拟计算。     

潜艇组合翼舵的水动力非线性特性研究

潜艇尾操纵面形式上类似船用襟翼舵,但实际上是一种不同的组合翼舵.由于前段固定翼尾流的影响,组合翼舵在小舵角时舵力可能出现非线性特征.本文设计了两个二维的组合翼舵,并采用CFD方法进行了比较分析.结果表明:某些情况下(如文中的算例二),小舵角时的舵力非线性特性非常显著,舵力不仅不能简单地采用线性方程来表述,而且还应该加密试验测点,才能合理地描述舵力随舵角的变化规律.文中给出的定量结果还有待于物理模型试验的验证,但本研究所揭示的现象值得在今后的物理模型试验研究中予以关注.     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

大侧斜桨敞水性能及流场数值研究

针对库存大侧斜桨,基于商用RANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型开展了大侧斜桨敞水水动力和流场的数值分析.在进速系数J ε[0.33,0.95]范围内,文中计算得到的敞水螺旋桨水动力与试验结果差异在3%以内.通过敞水螺旋桨流场计算和计及粘性影响鼓动盘计算结果比较可知,螺旋桨对桨前流场影响主要是抽吸作用;对桨后近场区域XIDP<4流场影响主要是滑流,轴向速度周向均值沿径向分布主要受桨叶负荷分布控制;到中问区域415,螺旋桨尾流变成了单一的剪切流.     

带附体潜艇绕流场数值计算与验证

采用κ-ε湍流模型和有限体积法用求解RANS方程的方法,对全附体的SUBOFF AFF-8潜艇模型三维粘性绕流场进行了数值模拟计算.一种结合增强型壁面函数的两层模型被采用,以便在近壁区域采用精细网格来模拟边界层内的流场流动特征.给出了雷诺数Re=1.2×107下模型表面纵中剖面线上半部分压力系数与摩擦阻力系数的分布,以及指挥台围壳与尾翼表面不同高度处的压力系数分布,同时计算了桨盘面处的尾流速度分布,并与有关文献给出的实测值进行了比较和验证,分布趋势基本一致,较相关文献给出的计算结果有相当大的改进,此外从指挥台围壳与尾翼后的速度矢量图观察到了与有关文献相同的涡旋流场结构,从而验证了该数值方法的有效性,为潜艇概念设计中评价设计方案优劣提供了重要的技术手段.     

潜艇组合型艉舵结构特征参数对水动力性能的影响分析

利用计算流体动力学工具CFX,合理选用有限体积法和RNG-εE湍流模型对NACA67．1-015型襟翼敞水舵进行CFD模拟验证计算,通过与试验数据进行比较,证明计算方法的合理性,对潜艇组合型艉舵在不同展弦比λ、艉弦比t^-下的流场进行数值模拟计算,得到其升力系数、阻力系数、压力中心系数曲线和压力分布图,通过对水动力系数曲线和压力分布图的分析,得到舵特征参数对水动力性能的影响规律。     

混合式CRP推进器操舵工况水动力性能数值研究

[目的]为了研究操舵工况对混合式CRP推进器水动力性能的影响,[方法]采用RANS方法结合SST k-ω湍流模型计算NACA0012型敞水舵的升力系数,通过与试验数据的对比,选定数值计算的近壁面网格布置和近壁面处理方式。在此基础上,进一步预报偏转工况下吊舱推进器的水动力性能,通过试验对比,表明误差在较小范围内。以混合式CRP推进器为研究对象,采用该数值方法预报操舵工况下该型推进器的水动力性能并予以分析。[结果]研究发现,该型推进器后桨推力、吊舱横向力和操舵力矩均随偏转角的增大而增大,前桨推力基本不随偏转变化。[结论]表明该型推进器操纵性能优良,具有广阔的工程应用前景。     

斜流中船舶水动力及伴流场数值预报分析

船舶的斜航状态会造成船尾伴流场不均匀,使螺旋桨桨叶承受周期性的变化力,降低螺旋桨性能并导致空泡现象恶化和船舶振动.为预报斜航状态下船舶水动力及船尾伴流场,采用混合网格技术,利用RANS方法和VOF模型,考虑自由液面的影响对KCS船开展了直航和斜航状态下数值预报分析.首先对船舶直航状态进行数值分析,得到的结果与试验结果比较接近,进而对船体在斜航状态下进行了数值模拟.结果表明,漂角的存在会对船舶阻力产生较大影响,且对球首底部和船尾舭部压力分布影响较大,导致兴波阻力增大,船尾伴流场均匀性变差,对螺旋桨激振力不利.