带副舵的潜艇尾舵受力分析

  目的  现代潜艇对操纵面设计的要求越来越高,使得设计者们需要不断研究新的舵型以提高操纵面的效率,而高效翼型舵是提高操纵面效率的有效措施之一。  方法  为此,在比较分析各种翼型优、缺点的基础上,提出一种优化的高效翼型舵,并采用数值计算的方法,比较分析潜艇上应用这种高效翼型舵与常规NACA舵的水动力特性和对尾部伴流场的影响规律,同时在拖曳水池中开展模型测力试验,发现试验结果与仿真计算结果一致性良好,误差不超过10%。  结果  研究结果表明：高效翼型舵的舵效比常规舵高40%以上,但对艇体总阻力的影响则与常规舵相当,不超过4%;采用高效翼型舵带来的升力效益要比其对艇体总阻力的影响大得多。  结论  表明高效翼型舵在提高操纵效率方面优势明显,有着较好的应用前景。     

艇尾共翼型舵水动力和尾流场特征的数值计算研究

为了研究共翼和非共翼两种方式的舵翼操纵面在艇体影响下的水动力性能和尾流场品质,对SUBOFF潜艇标准模型的尾部水平操纵面分别进行了共翼型设计和非共翼型设计,并采用数值模拟方法,计算了两种操纵面产生的艇体水动力和尾流特征。对比分析结果表明:舵角小于10°时,采用共翼型舵的艇体俯仰力矩和潜艇总垂向力比非共翼型增大30%以上;舵角大于10°后,随着舵角增大水动力优势减小,25°舵角时水动力性能基本相当。共翼型舵能够明显消减舵翼结合部涡流,可以增大舵后尾流低速区流体的速度,提高潜艇尾流场品质。采用共翼型舵的尾操纵面设计方式,对于提高潜艇操纵性水动力、改善潜艇尾流区流场品质都能起到积极效果。     

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.     

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。     

共翼型舵特性及其对潜艇潜浮运动影响研究

共翼型舵是一种新型的潜艇组合舵翼操纵面.文章首先通过水洞试验和CFD计算对共翼型舵的敞水水动力性能进行了研究,结果表明,共翼型舵的舵效随弦长比和展弦比增大,封堵舵翼之间的间隙可以显著提高舵的水动力性能.随后通过CFD计算对比了分别安装有普通舵、共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇的潜浮运动,结果显示,5°舵角时,安装共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇模型潜浮角分别比安装普通舵的模型提高65％和105％左右.     

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.     

系列舵翼潜艇水动力系数数值计算及试验研究

操纵性水动力系数的准确计算和测量对潜艇操纵性预报及运动控制起着至关重要的作用。文中以SUBOFF为研究对象,基于切割体网格应用STARCCM+软件完成系列舵翼艇体阻力的数值模拟;采用基于三角形网格的面元法程序和循环水槽操纵性试验2种方法获得系列舵翼缩比模型(λ=2:1)的水动力系数,并研究不同Re下舵角水动力系数的变化趋势。结果与文献[1]对比,验证了STARCCM+对潜艇阻力性能模拟的可靠性以及2种方法获取水动力系数的正确性,为潜艇水动力系数的CFD数值模拟和操纵性预报仿真提供可靠的参考依据。     

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。     

潜艇倒车倒航操纵性能分析

潜艇的倒车倒航是一种具有重要战术意义的机动方式,但其操纵控制也是相当困难的.通过对典型翼型的倒航水动力性能比较分析,结合潜艇倒车倒航工况下艇体和舵的受力特点,研究潜艇倒车倒航时的运动规律和操纵方法,结论对潜艇倒航的操纵提供指导.     

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.     

潜艇磁流体推进的压力作用

潜艇磁流体推进效率计算的主要难点之一,在于估计压差阻力对潜艇的影响。艇表面的压强分布,部分由推进导管入口周围的负压所确定。与常规的潜艇推进不同,即使是流线型体,其净压差阻力也不为零。本文阐述了一种计算此压力作用的方法,并得到一个压差阻力的简单表达式。它有利于建立关于推进效率的显方程式,强调了磁能贮存对于磁流体推进效率的重要意义。     

基于CFD不同AUV艇体阻力性能研究

为了研究不同类型AUV艇体阻力性能特点以及十字舵和整流罩附体对总阻力的影响,在充分研究4种艇型型线的基础上,建立几何模型,选取标准k-ε,RNG k-ε,SST k-ω湍流模式,通过CFD对艇体进行阻力数值模拟。结果表明,十字舵引起的艇体阻力增加比例大约在10%~20%,且随着展弦比的增加而呈减小趋势,直径与艇体最大直径相当的整流罩引起的艇体阻力增加比例大约在40%~50%;流线型BLUEFIN阻力增加值随航速变化较大,而钝性BLUEFIN阻力增加值几乎不受航速的影响,AUTOSUB型AUV阻力性能最优,AUTOSUB和HUGIN适合中高速航行,REMUS和BLUEFIN适合低速航行。     

近水面波浪力作用下潜体的非线性运动响应

通过对潜体近水面航行波浪力作用下非线性运动响应进行建模和计算，揭示了由于二阶波浪力民低速时潜艇操纵面舵力之不足，潜体的定深控制可能难于实现，产生逐渐上浮与露出波面的非线性现象。计算结果与自由自航模的试验结果相当吻合。     

潜艇围壳舵受自由表面和波浪影响的试验研究

通过对潜艇围壳舵在静水自由表面和波浪中的模型试验研究及其分析以及对实艇舵能力的预报，探讨了潜艇围壳舵在近水面时的操艇能力。由于围壳舵在静水面的操艇能力的研究在国内尚属首次，因此试验数据难免会有一定的局限性。要对艇体近水面操纵性作全面评价，就必须对艇体各部分的水动力所受的影响作全面深入的研究。     

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。     

潜艇X舵发展概况及其操纵控制特性分析

作为潜艇尾操纵面的一种发展趋势,X舵正在被越来越多的国家海军所接受。介绍了X舵在国外的发展概况,分析了它的操纵和控制特点,给出了X舵舵卡时的操纵措施。针对X舵操纵不直观这一现象,提出了X舵潜艇等效舵角转换装置设计思想,简化了X舵潜艇的操纵复杂度。通过仿真计算,比较了在舵面积相等的情况下X舵和十字舵的操纵特性     

网架箱体浮筏−艇体耦合特性及全频段隔振效果分析

[目的]旨在研究网架箱体浮筏与潜艇艇体之间的耦合关系,以提出增强此耦合系统隔振效果的设计方法.[方法]首先,分别对耦合系统和独立的浮筏及艇体结构进行模态分析,比较耦合系统中的浮筏结构与独立浮筏结构、以及艇体结构与独立艇体结构的模态振型;然后,研究浮筏面板板厚和隔振器刚度对所提耦合系统全频段隔振效果的影响.[结果]结果表...     

尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将雷诺数为1.2×107时的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性 采用不同数量的网格分别对不同尺度的SUBOFF模型在高雷诺数条件下的流场进行数值模拟,研究网格数量和艇体主尺度大小对高雷诺数条件下潜艇阻力计算结果的影响,通过对计算结果的分析,获得了尺度效应和网格数量对潜艇阻力数值计算结果的影响规律。     

潜艇实艇阻力预报方法研究

分析潜艇阻力预报的方法和特点,采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟,将低雷诺数条件下的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性;通过对计算结果的分析,获得潜艇粘压阻力系数随雷诺数变化的规律,对潜艇实艇阻力预报提出一些建议。     

矢量泵喷推进器尾流场特性及操纵性能研究

为改善潜艇泵喷推进器转子盘面流场的不均匀性,降低潜艇噪声,提高潜艇的隐身性能。设计一种取消尾舵的潜艇矢量泵喷推进器,基于RANS方法对潜艇矢量泵喷推进器水动力性能进行数值计算,对潜艇尾流场特性、矢量泵喷推进器的推进性能和操纵性能进行研究,并与常规泵喷推进器作比较。计算结果显示,潜艇采用矢量泵喷推进器可取消尾舵的布置,降低转子盘面流场不均匀性,整体总阻力降低,推进器收到功率减小,推进效率提高19.9%;在0°～30°操舵舵角范围内,矢量推进器最大偏转力矩大于常规泵喷推进器+尾舵的偏转力矩。在相同的操舵角度下,矢量泵喷推进器偏转力矩大于常规泵喷推进器,说明潜艇安装矢量泵喷推进器可满足航行机动性的要求。这项研究为降低潜艇桨盘面不均匀性,提高潜艇声隐性能提供了新的途径。