基于CFD的潜艇模型自航仿真分析

潜艇自航试验是预报和评估潜艇快速性的关键技术。采用数值模拟方法系统地研究全附体潜艇+螺旋桨的三维粘性流场和水动力特性。在对全附体SUBOFF模型+螺旋桨水动力特性进行仿真分析前,分别将全附体SUBOFF模型的阻力和敞水桨水动力特性的数值预报结果与试验数据进行比较,结果吻合较好。通过对全附体SUBOFF模型+螺旋桨进行仿真分析和研究,实现了全附体潜艇+螺旋桨三维流场的数值计算。在给定航速下,螺旋桨推力与艇体阻力为螺旋桨转速的函数,通过改变螺旋桨转速得到潜艇在既定航速下的自航点,仿真分析结果清晰、形象地描述了带桨全附体艇的水动力性能。     

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。     

水下航行器热射流多孔排放口结构仿真分析

水下航行器动力系统循环冷却水经由排放口排出,与环境水体掺混换热形成热射流。热射流在环境水体中扩散、浮升并在水体表面形成红外特征。为探究排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响,本文采用仿真分析的方法进行研究。依托CFD计算软件平台建立水下航行器运动模型,设计不同数量、不同分布位置的排放口结构并对比热射流红外特征差异,抑制热射流红外特征,提升水下航行器热隐身性能。根据仿真计算结果可知,在排放流量相同的条件下,排放口采用两翼排列方式可以进一步加强热射流温度衰减,降低水面最高峰值温度。     

基于神经网络与遗传算法的潜艇舱壁结构优化

  目的  为了使船用耐内压方形舱同时满足强度和轻量化的设计要求,将神经网络代理模型与多种启发式智能优化算法相结合,对耐内压方形舱室结构构件形状和尺寸进行优化分析。  方法  选取方形舱室角隅倒角半径、板材板厚、骨材型号等作为设计变量进行三维参数化建模,根据最优拉丁超立方试验设计方法选取样本点并计算响应值,从而构建径向基（RBF）神经网络代理模型。将该代理模型分别与自适应模拟退火算法 (ASA)、多岛遗传算法 (MIGA)和粒子群算法 (PSO)这3种启发式优化算法相结合,进行全局寻优。  结果  结果显示,3种混合优化方法均能在满足许用强度要求的基础上减轻结构重量;RBF-ASA法在全局中寻求到的最优解具有相对较好的减重效果。  结论  所做研究可为耐内压方形舱室结构优化设计工作提供参考,对于攻克船舶运用核动力装置所面临的关键技术问题具有重要意义。     

基于神经网络与遗传算法的潜艇舱壁结构优化

建立了某潜艇端部耐压平面舱壁结构优化设计的数学模型,以舱壁上加强桁(筋)结构的剖面尺寸为设计变量,结构强度、稳定性、工艺性要求为约束条件,以加强桁(筋)结构总体积为目标函数,用人工神经网络方法代替结构的有限元分析,结合遗传算法完成了舱壁的结构优化设计。在为网络生成学习样本时,自行设计了正交表,解决了因为设计变量多,无法选取合适正交表而随机取样的问题。数值仿真结果表明,优化设计方案质量较原始初步设计方案减少了18.3%。     

潜艇圆筒形耐压壳体结构的分析与优化

本文讨论了潜艇圆筒形耐压壳体结构的分析与优化。强度分析采用迁移矩阵法,稳定性分析采用样条能量法。在此基础上,以壳体重量为目标函数对结构进行了优化设计。另外,还以潜艇典型耐压舱段为例讨论了变刚度肋骨对减轻重量的影响。为了方便初步设计,还给出了一些典型变刚度加肋圆柱壳的强度和稳定性近似分析公式。     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

基于CFD的潜艇模型水池试验方法研究

潜艇水池试验与深广水域航行区别很大,采用计算流体力学(CFD)方法研究试验连接装置及试验水池尺度对潜艇试验的影响。首先对深广水域的潜艇进行计算,以此来校核CFD算法;然后对潜艇试验实况进行建模计算,根据计算结果来分析模型连接件、池壁和池底效应等对于潜艇受力测试的影响;最后结合实际试验和仿真计算结果,分析并证明试验装置的可行性。     

基于CFD UV反应器的优化设计与仿真

为提高紫外线船舶压载水器的处理效率,在现有紫外线压载水处理技术的基础上,通过优化反应器进出口设计和紫外线灯管的布置方案,使水流在反应器内部的流场得到改善,紫外线辐照强度在反应器截面上的分布更加均匀,进而提高反应器的处理效率。通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真,验证该方案的可行性。结合仿真结果,提出进一步提高紫外线反应器处理效率的建议。     

潜艇定深旋回控制仿真与分析

定深等速直航潜艇操方向舵后将逐渐进入并保持圆周运动,要实现潜艇定深旋回,可同时操纵尾升降舵、首升降舵或者首尾升降舵配合操舵。通过仿真分析各种操纵方案的优劣,得到实现定深旋回的最佳控制方式。     

基于CFD仿真的列供离心风机风道分析与改进

通过CFD仿真,模拟某列车供电柜中离心风机以及出风风道的流场和温度场。根据仿真,分析原风道设计散热效果不理想的原因。提出多套改造措施,并将新模型和原模型进行仿真对比。然后,将改进措施付诸制造并测试效果。仿真和测试结果表明,通过风机和风道的结构改造,减少了流场内涡流,提高了风量,并改善了风机的散热效果。     

基于CFD的潜器外形优化

潜器的外形对于其总体性能非常重要,而传统的外形设计方法难以满足优化设计的需要。通过对潜器外形特点的分析,建立其外形几何表达式,并以排水量和浮心纵向位置建立约束方程。该数学模型生成的外形方案可以满足性能要求,减少设计过程中的重复,同时还解决了优化所需的方案集的难题。通过建立优化代理机制,可减少数值模拟计算次数;拟合函数的极值求取,又可为优化指明方向;最后,可采用计算流体动力学(CFD)数值模拟对优化的结果进行验证。     

潜艇PMM实验的CFD仿真技术研究

操纵性是现代潜艇最重要的总体性能之一.为预报潜艇的操纵性能,需求得所有的水动力导数.借助CFD技术和动网格技术数值模拟小振幅平面运动机构试验,求解了SUBOFF主艇体的水动力导数,并与混合分布法计算的附加质量项作了比较,二者符合良好,从而验证了方法的有效性.流场的求解基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,动网格的处理采用Hrvoje Jasak和Zeljko Tukovic的方法,压力和速度的耦合采用PIMPLE方法解耦.流场的控制方程采用有限体积法离散且分离式求解,网格运动的控制方程采用有限元方法离散,网格的分裂采用体和面同时分裂法.     

基于CFD的潜艇高压气吹除主压载水舱系统模拟

  目的  为了研究潜艇主压载水舱的吹除排水性能,开展基于短路吹除模型的吹除仿真与实验。  方法  首先,修正短路吹除数理模型,以模拟气瓶放气过程和水舱排水过程;然后,开展压缩空气吹除主压载水舱等比例模型实验,分析气源体积、气源压力和通海孔面积对吹除效果的影响;最后,通过与实验结果的对比,验证修正的数理模型对水舱吹除过程的预报准确性。  结果  研究发现：修正的模型在低压力、小通径工况下的预报准确性较高,当气源压力小于15 MPa时,水舱峰压预报相对误差在15%以内;不同通海孔通径下主压载水舱内气体峰值压力的出现时间有所不同,小通径工况下的舱内气体峰值压力出现在压缩空气刚进入水舱时,而大通径工况下则为积压解除之前;当舱内积压解除之后,舱内气体压力大幅下降,可将其作为解除吹除的判据。  结论  研究成果可为实际工程应用中的主压载水舱吹除操作提供参考。     

基于CFD的潜艇高压气吹除主压载水舱系统模拟

高压气吹除主压载水舱是潜艇舱室进水情况下最有效的应急挽回手段之一.由于高压气吹除时压载水舱中剧烈的气液混合流动,导致建立的理论模型有一定局限性.本文通过CFD中两相流VOF模型对高压气吹除压载水舱的动态过程进行仿真,分析吹除过程中压载水舱中气-液混合现象、压力变化情况及压载水舱排水速率等特点,以验证高压气吹除压载水舱的理论模型.     

数值拖曳水池与潜艇快速性CFD模拟研究

详细介绍了中国船舶科学研究中心所建立的数值拖曳水池中的潜艇快速性CFD模拟研究.明确了潜艇阻力、流场、自航(艇/桨干扰)水动力以及螺旋桨敞水水动力的计算方法.同时对潜艇快速性算例进行了系统分析,详细给出了数值预报精度.这些算例的计算模型包含15条系列回转体模型、10条系列全附体潜艇模型、SUBOFF潜艇模型、多条供计算验证所用的潜艇模型和螺旋桨模型.文中的研究结果是数值水池的重要组成部分,可资今后潜艇绕流数值计算借鉴与采用.     

基于CFD的喷水推进器流道与喷口优化

为提高喷水推进器的水动力性能,对喷水推进器的流道与喷口进行了基于数值计算的优化研究.对一台喷水推进泵模型进行了敞水性能数值计算,验证了数值计算方法的准确性和有效性.对喷水推进器流道以及喷口进行参数化的几何重构和优化计算,考察流道与喷口参数对推进性能的影响.研究结果表明:在设计航速下,优化后的喷水推进器的转矩基本没变,推...