排气角度对航行体表面等压气膜演化机制及流动特性影响研究（英文）

等压排气是一种可有效改善航行体绕流流场特性、抑制纵向偏转的流动控制技术。文章数值模拟了带等压排气的航行体水下垂直运动过程,给出了不同排气角度时的排气流量及速度、气膜长度等参数变化规律,分析了排气角度对等压气膜非定常发展过程及航行体绕流流场特性的影响,建立了排气孔附近及其下游流场、气膜尾部回射流场的拓扑结构,探讨了等压气膜的形态特征、演化规律及其降低航行体表面压力的机制,研究结果有助于深入理解等压排气技术改善航行体流体动力学特性的物理本质。     

水下航行体壁面多孔排气泡状流动特性实验研究

水下航行体多孔排气泡状流近壁面演化呈现复杂流态,实验是研究其流动特性的有效手段之一。本文基于水洞建立水下近壁面多孔排气泡状流动特性实验研究方法,应用全流场显示技术结合PIV系统观测近壁面气液两相流的流动形态及掺混融合特性。通过改变通气量、环境压力和主流的加减速状态,研究通气率、欧拉数及加减速流动对近壁面气液两相流场结构演化与泡状流掺混融合特性的影响。研究结果表明：随着通气率的增大和欧拉数的减小,泡状流由未融合状态逐渐向融合状态转变;气泡面积时均值随通气率的增加而增大,随欧拉数的减小而增大;主流场加速流动会抑制泡状流的掺混融合,而主流场减速流动会促进融合发生。     

基于势流理论的尾空泡对航行体表面压力影响研究

航行体尾空泡状态及演化会对上游流场产生干扰,进而对航行体流体动力特性产生影响.本文基于势流理论,发展了适用于混合边界条件的二维轴对称边界元数值计算程序,在此基础上分析了稳态及非稳态尾空泡流场,获得了不同尾空泡状态对上游物面压力的影响规律,说明了尾空泡瞬态收缩过程对上游航行体物面压力的扰动机理,基于数值计算结合实验数据说明了压力扰动的衰减规律.     

航行体不同角度入水的空泡流体特性研究

为研究航行体不同俯仰角入水空化演变规律及空泡流体特性,基于Realizable k-ε湍流模型和VOF多相流模型,建立航行体不同俯仰角入水数值模型,开展数值方法验证,数值模拟结果与实验测试结果吻合。基于此,研究航行体入水空化过程演变机理及其不同俯仰角水空泡内流体分布规律和空化阶段演变特性。研究结果表明,依据空泡内流体分布变化规律空化过程可分为空泡的表面闭合阶段、饱和阶段、深度闭合阶段和溃灭阶段;在入水速度一定的情况下随航行体入水俯仰角增大空泡生成速率降低、空泡内的水蒸汽体积增长率减小、水蒸汽体积含量峰值变小、空泡饱和阶段的空气体积变大,体积范围为6%～9%;空泡表面闭合无量纲时间随入水俯仰角从-10°变化到10°呈对数趋势增长,空泡饱和无量纲时间近似线性递减,空泡深度闭合无量纲时间基本不受俯仰角变化影响。     

水下航行体表面状态细节流动特性数值分析研究

本文采用数值求解RANS方程的方法,对于水下航行体表面状态细节(小突体、孔穴)的流动特性进行了研究.计算详细地给出了航行体带小突体与表面开设孔穴后的阻力与流场,结果表明它们对于航行体水动力性能有明显的影响,在设计中应加以优化处理.     

航行体头型对气泡附着影响的数值研究

水下航行体穿越水中膨胀气泡时,气泡在一定条件下有可能附着在航行体上形成附着空泡,从而改变航行体水动力性能,为此开展了头型因素对气团附着空泡影响的数值研究。利用数值模拟方法计算了四种头型航行体穿越膨胀气团的过程,结果发现头型是影响气泡附着的重要因素:对于分离角较大的钝头型,气泡容易附着在航行体上形成附着空泡;对于分离角较小的细长头型,气泡受到扰动后就很快与航行体分离而不会附着。     

围壳对水下航行体水动力系数的影响特性研究

作为水下航行体的重要附体之一,围壳对其操纵性水动力系数存在重要影响。为此基于相对参考坐标系方法,开展旋臂水池数值仿真研究。通过与模型试验数据对比,建立了线性旋转速度系数的数值计算方法。在此基础上研究有无围壳状态、围壳在水下航行体上的轴向位置工况下水下航行体的水动力系数和流场特性,得到了围壳对水下航行体流场和水动力系数的影响。     

码头水动力特性对船舶航行的影响研究

码头的水动力特性对船舶航行的影响非常大。本文首先分析船舶在停靠码头的过程中护舷和缆绳的变形情况,然后对船舶的运动方程进行时域中的求解,最后进行码头波浪对船舶航行影响的数值计算,计算结果表明,研究船舶在码头的系泊力对研究船舶航行安全具有重要的现实意义。     

内波作用下水下航行体水动力载荷及运动特性研究

中国南海区域海洋内波出现频率较多。海洋内波携带着巨大能量,对于水下航行体的安全航行具有非常大的威胁。为了研究内波对水下航行体的水动力性能影响,该文基于RANS方法和KdV理论建立了分层流中的内孤立波与水下航行体相互作用的数值模拟方法。在对约束模型数值模拟分析的基础上,采用DFBI方法结合重叠网格技术,开展了内孤立波作用下水下航行体自由运动的数值模拟。分析表明,内孤立波与航行体相遇,会使得其周围流场变得异常复杂,从而引起突变的流体动力和运动,对此时的航行安全性应给予极大重视。     

海底、海面对水下航行体阻力影响的模型试验研究

文章针对水下航行体开展了不同距离的近海底、近海面的模型阻力试验研究,建立了模型试验及分析方法,获得了海底和海面对阻力的影响规律。模型试验表明:采用低速浅浸深试验方法完全可以达到分离近海面、近海底影响的试验目的;仅有自由表面影响存在时,当水下航行体航行在大于其艇长1/3的深度上时,在实际中可认为没有兴波阻力;仅考虑海底壁面影响,当水下航行体航行在距海底超过其1/4倍艇长的距离时就可以不再考虑海底的影响;同时存在自由表面和海底壁面影响时,要完全避免限制水域的干扰需要水下航行体潜深超过1/3倍艇长的同时,水下航行体距海底的距离不宜小于1/2倍的艇长。     

潜航体在海水界面兴起的内波夹角

水下潜航体在分层海水中兴起内波，这与水面船在海面兴起的Kelvin波并不一样。其中一个具体的区别是两类波迹的夹角大小。对Kelvin波的研究已相当成熟，对内波的研究正方兴未艾。本文是有关内波系列研究工作的一部分，采用一种简单而直截了当的计算方法，分近、远场具体计算出水下潜航体在海中兴起的内波夹角大小和范围。     

水下航行体纵向振动特性分析

对具有双层壳体结构的潜艇状水下航行体的纵向振动特性进行了研究。采用有限元方法计算了纵向振动湿模态的固有频率和振型,发现该水下航行体内层壳板具有两种典型的纵向总振动振型：“振动节面振型”和“错动块振型”,而外层壳板以局部振动为主。     

水下拖体和拖缆运动模型研究探讨

水下拖体运动研究是水下拖曳系统研制的重要内容。文章结合工程实际,基于Newton-Euler方法建立了水下拖体的运动模型,基于有限差分法建立了拖缆的运动模型,在此基础上结合拖缆运动的边界条件建立了系统的运动模型,并给出了相应的仿真算例。从仿真结果可以看出,通过该运动模型,可以很好地研究水下拖体受拖船干扰下的运动情况。该模型的建立对水下拖曳系统的研制来说有重大的参考价值。     

AUV任务规划技术的研究

任务规划技术是水下机器人使命任务能否完成的关键，介绍了项目所研制的水下机器人体系结构、远程作业任务规划、路径规划的方法，给出试验结果验证了路径规划算法的有效性。     

发动机水下排气噪声预报研究

由于涉及到两相流,所以发动机水下排气噪声的产生机理和辐射特性非常复杂。文章基于Mixture多相流模型、RNGκ-ε湍流模型和Ffowcs Williams-Hawking声学模型对发动机水下排气噪声进行了数值预报研究,并试验测量了相应工况下发动机水下排气噪声,对数值研究的结果进行了验证。结果表明,文中所提出的发动机水下排气噪声数值预报方法在工程上是可行的。     

水下航行体近海底运动操纵性研究

针对水下航行体近海底航行时的特点,首先建立了水下航行体的操纵运动数学模型,分别从水平面和垂直面两方面来考虑近海底对操纵运动水动力的影响,进而数值模拟和分析了水下航行体在近海底运动时的操纵性能变化规律,计算结果表明近海底航行使得其机动性减弱而运动稳定性增强。     

Experimental Investigation of the Effect of Bow Profiles on Resistance of an Underwater Vehicle in Free Surface Motion

In this paper, towing tank experiments are conducted to study the behavior of flow on a model of the underwater vehicle with various shapes of bows, i.e. tango and standard bows in free surface motion ...     

水下大型搭载平台与微小型机器人的干扰性能研究

文章采用CFD技术计算大型水下搭载平台与微小型水下机器人之间的水动力干扰性能.作为对水下搭载的可行性的验证,研究了二维物体和壁面的干扰,进而计算了在不同来流速度和距离时的阻力、升力和倾覆力矩性能.同时计算了大型搭载平台与微小型机器人在不同来流速度和不同距离改变时的阻力、升力和倾覆力矩性能.此外,对微小型水下机器人的中纵剖面的压力和速度分布进行了细致的分析.     

智能水下机器人发展现状及在军事上的应用

21世纪是海洋的世纪,水下机器人在军民领域均具有广泛的应用,智能水下机器人是水下机器人技术的发展方向。详细介绍了各国智能水下机器人的发展与研究现状,描述了未来无人化作战体系,分析智能水下机器人在未来无人化作战体系的军事应用,指出军用水下机器人未来的发展趋势。     

无人水下航行器网络控制器设计

传统无人水下航行器采用集中式结构设计,导致系统计算负担重、容错能力差、结构复杂.设计并实现了基于分布式结构的网络控制器,分析系统的工作原理,建立网络控制模型,设计网络控制器数据传输协议,并给出了硬件设计思路和软件开发,通过试验对网络控制器进行了验证。