基于Fluent的潜艇高压气排水速率深度影响研究

深度是潜艇高压气排水速率的重要影响因素之一。基于Fluent流体计算软件,应用VOF两相流模型对高压气吹除主压载水舱过程进行数值模拟,研究高压气排水速率随潜艇深度变化的规律,并提出高压气在使用过程中所需注意事项。数值结果表明,在高压气吹除初始阶段,排水速率会有短时的波动过程。另外,随着潜艇深度增加,高压气稳定排水速率呈指数下降趋势,因此在潜艇应急浮起过程中,应适时解除水舱压力,以控制好潜艇纵倾和深度。     

90°弯管对潜艇高压气管路沿程压力损失的影响分析

针对潜艇高压气管路中弯管的压降损失及其等效长度计算问题,采用计算流体力学(CFD)方法对90°弯管内超高压气体的流动过程进行了数值模拟。用六面体结构化网格对流动区域进行网格划分,通过直接数值求解由RNG k-ε湍流模型封闭的RANS方程研究管道内部流场形态,得到了弯管内部的压力分布与速度分布并捕捉到二次流的生成和发展过程,计算结果与其他学者开展的数值仿真以及模型实验结果相一致。仿真结果表明,弯管引起的局部压降会较大程度增加管路的总压力损失,进而影响高压气应急吹除效率,在潜艇设计建造阶段必须予以重视,同时也验证了采用RNG k-ε湍流模型模拟弯管内超高压气体流动特性的可行性及有效性。     

潜艇主压载水舱高压气吹除系统数学模型

通过对潜艇主压载水舱高压气吹除系统物理模型进行合理简化,建立了主压载水舱高压气吹除过程的数学模型,并进行了仿真计算。仿真计算结果与实艇操纵情况基本吻合,说明本文所建立的数学模型是可行的。它为研究潜艇主压载水舱应急吹除时的运动规律和操纵控制方法提供了条件。     

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.     

潜艇高压气吹除系统流量模型的构建与实验分析

潜艇在水下较高航速发生舱室进水或舵卡事故时,只能通过高压气吹除系统实施应急上浮进行挽回,而潜艇挽回成功与否主要取决于高压气吹除能力。为建立准确的高压气吹除系统高压气流量模型,本文在建立高压气吹除系统高压气流量数理模型的基础上,通过设计高压气吹除系统小比例实验装置进行高压气吹除的流动实验,分析影响高压气吹除流量的主要影响因素。对比实验结果和数理模型仿真结果表明,所建数理模型能较好描述高压气的流动过程,将吹除流量系数取0.7比较合理。     

潜艇应急操纵挽回方式控制效果的仿真分析

在美国海军舰船研究与发展中心(DTNSRDC)发表的潜艇标准运动方程的基础上,根据潜艇特殊工况或大功角状态下的水动力特征对潜艇操纵运动方程进行了修正,建立了包括高压气吹除压载水舱模型的潜艇应急操纵模型.依靠建立模型对潜艇应急操纵时操纵首尾舵和高压气吹除压载水舱等挽回方式的效果进行仿真分析,通过算例对分析结果进行验证,结果表明模型仿真的准确性.最后针对挽回过程提出了控制过程中的合理化建议.     

潜艇高压气吹除主压载水舱过程的数值模拟

采用结构化六面体网格对主压载水舱内部流场进行离散化,基于FLUENT流体计算软件,应用VOF两相流模型,对10 m及20 m水深时高压气吹除主压载水舱过程进行了数值模拟,研究了气液两相界面的形成及生长过程,深入分析了水舱排水速率的变化规律,并针对压载水的残留现象提出了实际操艇过程中需要注意的问题。仿真结果与现有文献中实体模型的实验结果吻合较好,均揭示了吹除过程中水舱内部压力及排水速率的波动现象,验证了数值模拟方法的准确性和有效性。为与实际情况相符,还提出了针对入口及出口边界条件的改进方案。     

潜艇动力抗沉影响因素仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模;分析了破损面积、破损位置、纵倾以及艇首弃载、延迟时间等因素对破损潜艇应急吹除的影响;纵倾控制在潜艇动力抗沉过程中十分重要,在吹除主压载水舱的过程中,应选择合理的吹除次序,以形成有利于抗沉的姿态.仿真结果验证了所建立模型的合理性和所提出操纵措施的可行性.     

潜艇高压气吹除主压载水舱系统模型研究

潜艇发生舵卡和舱室进水事故后,最有效的方法是通过吹除主压载水舱获取正浮力和校正力矩来挽回潜艇,高压气吹除主压载水舱模型建立的准确与否直接关系到潜艇挽回成功与否。因此,有必要开展高压气吹除主压载水舱模型研究。本文分析了潜艇高压气吹除主压载水舱物理模型特征,建立了高压气吹除主压载水舱短路吹除和常规吹除模型,并进行了仿真计算,为开展物理模型实验提供理论依据。结果表明,拉瓦尔喷管流量模型比较适用,压载水舱的排水量主要取决于高压气吹除率和高压气吹除使用方式,相同条件下某型潜艇高压气吹除系统短路吹除的排水量是常规吹除的2倍多。     

破损潜艇应急上浮操纵仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模,分析破损面积、纵倾以及升降舵等因素对破损潜艇应急上浮的影响,提出根据潜艇破损部位和艇体姿态确定吹除主压载水舱的顺序原则,以及相应的操纵措施,仿真结果表明,所建立的模型是合理的,提出操纵措施是有效的。     

高压气吹除时机对潜艇动力抗沉影响的仿真研究

在建立破损潜艇高压气吹除模型的基础上,考虑潜艇处理水下舱室破损的常用操纵措施,通过计算机模拟仿真得到不同高压气吹除时机潜艇动力抗沉的主要运动参数变化趋势,分析结果表明,高压气吹除时机在一定情况下对动力抗沉的成功与否起着决定性作用,并提出了动力抗沉时关于高压气使用时机的一些建议。     

高压气底吹进气吹除主压载水舱过程分析

采用直接求解流动控制方程的CFD方法对高压气底吹进气吹除主压载水舱过程进行分析。获取吹除过程关键参数,着重分析通海孔面积、气源压力对吹除过程的影响,探索高压吹除过程一般性规律。底吹进气高压气出流方向与通海孔水流方向相反,高压气由通海孔泄漏较少;通海孔面积越大,气源压力越高,吹除用时越短;通海孔面积的增加可以有效减少吹除过程中的高压气消耗,对降低主压载水舱内的压升也有显著作用,通海孔面积增大2倍,3种工况下主压载水舱内的最大压升分别减小0.01 MPa,0.10 MPa和0.15 MPa;吹除过程中高压吹除管路出口气流速度可达1Ma以上,管路出口段的温降也明显大于管路入口段,应将不耐低温的阀门和仪表布置在管路入口段附近。     

潜艇高压气吹除主压载水舱研究综述

采用高压气吹除主压载水舱是潜艇发生通海管路破损或高速航行尾卡大的下潜舵角时,最有效的挽回控制手段,因此,高压气系统对潜艇的安全航行具有举足轻重的作用。本文综述目前潜艇高压气吹除主压载水舱研究领域的进展情况、存在的问题和下一步应重点突破的方向,对潜艇高压气系统总体设计、高压气系统的合理使用、潜艇高压气吹除挽回控制等方面都具有指导意义。     

高压气吹除对潜艇动力抗沉影响分析研究

针对当前潜艇利用高压气进行动力抗沉缺乏定量分析,高压气吹除对潜艇影响认识不足的问题,采用计算机模拟仿真方法,仿真分析了吹除不同主压载水舱对潜艇纵倾与潜浮率的影响及挽回效果,结果表明,潜浮率过大将难以控制潜艇以稳定纵倾平稳上浮,在此基础上给出不同舱室进水的吹除建议。     

高压气在潜艇自浮操纵中的使用研究

潜艇发生破损潜坐海底后,高压气吹除主压载水舱的水提供浮力和力矩,使潜艇以较小的纵倾安全浮起。所以高压气在潜艇失事自浮过程中起着至关重要的作用。针对潜艇自浮操纵进行了研究,分析了高压气在潜艇自浮过程中的作用和使用方法。最后通过例子介绍了潜艇自浮时高压气使用预案的制定方法。     

潜艇水下动力抗沉技术研究

潜艇水下动力抗沉技术是提高潜艇生命力的重要措施。阐述了国内外潜艇水下动力抗沉技术发展现状,重点探讨了高压气吹除技术的模型和肼吹除技术的原理,并且举例说明高压气吹除技术对潜艇水下动力抗沉具有良好的效果。最后与高压气吹除相比较,结论得出肼吹除技术也具有很好的应用前景。     

高压空气复杂管网系统水舱吹除仿真研究

针对高压空气吹除水舱时剧烈气液混合流动,难以准确计算出其内部复杂流态下舱壁压力与完成吹除的所需时间,本文提出基于MPCCI平台进行一维管网和三维水舱耦合联合的仿真方法。首先建立高压空气吹除水舱数学模型,并运用Flowmaster软件对水舱吹除提供并分配动力的整个管网系统进行建模与仿真,得到各工况下管网内各节点处的压力、质量流量等参数;然后运用MpCCI平台实现Flowmaster和Fluent的联合仿真,对高压空气吹除系统进行一维管网和三维水舱耦合仿真分析,实现了吹除系统的多舱、动态和耦合的求解,得到多舱同时吹除过程中水舱中气-液混合现象、壁面压力变化及水舱排水速率等。最后对一维仿真结果与一维-三维耦合联立仿真结果进行对比,得到的水舱出口排水速率曲线有着较好的一致性。     

潜艇舵卡和舱室进水情况下的安全性研究

在潜艇空间运动方程基础上,结合潜艇大功角操纵性水动力试验,考虑了大功角状态下的水动力系数项对潜艇状态的影响,建立了完整的潜艇应急挽回操纵模型和高压气吹除压载水舱模型。模拟了目标潜艇艉升降舵卡和潜艇不同部位破损进水典型事故,确定了不同事故情况和不同挽回方式下的深度和速度限制安全操纵运动图,并讨论了最佳操纵方案和限制线上潜艇状态特性。仿真结果表明,数值模拟能够较好的预报潜艇舵卡和进水情况下的性能,以及潜艇能成功挽回浮出水面的能力。     

基于AMESim的超高压气动吹除阀仿真与实验研究

介绍一种带压差控制的超高压气动吹除阀及其工作原理。运用AMESim气动元件设计库建立吹除阀仿真模型,对其动态特性进行系统的分析研究,并进一步探究主阀阀芯节流孔孔径、控制阀弹簧预压缩量、气源压力、舷外海水压力等参数对吹除阀吹除性能的影响。最后,对吹除阀的性能进行实验研究。研究结果表明:吹除阀的工作性能平稳,响应灵敏,压差控制精度高;气源压力、舷外海水压力对吹除阀压差控制性能没有影响,但提高气源压力或降低舷外海水压力能够有效提高吹除效率;通过改变节流孔孔径与控制阀弹簧预压缩量,可以调节吹除阀压差控制范围。     

潜艇应急上浮稳性研究

通过对应急上浮运动及高压空气吹除主压载水舱规律的简化,给出了潜艇应急上浮运动方程.将上层建筑的背水量作为临时加载,推导出应急上浮稳性计算方法.将非定常势流理论用于应急上浮运动流场分析与水动力计算.考虑了非线性自由表面条件,在应急上浮运动中随时进行流场以及自由表面的运动计算,从而实现了应急上浮运动与流场的耦合求解.采用将艇体及自由表面划分成四边形单元的方法计算流场,用Adams方法计算自由表面运动和艇体上浮运动.文中给出了某潜艇应急上浮运动和稳性的算例,计算结果验证了方法的可靠性.