源于水动力学的潜艇尾迹非声探测技术研究之进展

伯努利“水丘”、开尔文尾流、涡尾迹、内波尾迹都起源于潜艇水动力学，对于潜艇的非声探测具有重要的应用意义。本文对国内外此方面的研究与应用状况作了介绍。     

潜艇内波尾迹物理场在海面映波量值的确定

采用Tuck的方法,具体计算了国外有代表性的潜艇在海洋中内波尾迹物理场垂直上传到海面上的映波的量值,并对映波波幅随艇半径、艇长度、艇速和艇后距的关系作了分析.     

水下运动物体产生内波的研究进展

水下运动物体产生内波是内波动力学研究的一项重要内容,具有重要的军事应用价值。依据水下运动物体对周围层化流体扰动方式的不同,将水下运动物体产生的内波分为两类：Lee波和尾流内波。文章首先在综合Lee波产生机制的基础上,对Lee波的理论、实验和数值研究工作进行了归纳,并给出了通过这三种手段对Lee波进行研究所取得的成果。同时,对尾流塌陷内波和尾流随机内波的研究状况和研究成果进行了介绍和总结。最后,提出在推进水下运动物体产生内波的研究过程中需要关注的几个问题和相应的研究思路。     

自动力潜艇热尾流水面热特性的实验研究

本文研究了实验水槽中自动力潜艇热尾流水面热特性,消除了除潜艇自身特征外其他拖动组件对热尾流扩散的影响,更加准确地再现了热尾流的扩散过程。通过热尾流温度分布预测了潜艇热尾流由热流区和冷热流混合区2个区组成,解释了2个区形成的过程,而热流区几乎全部由热流团组成,而且温度相对更高。红外热像仪拍摄的潜艇热尾流水面温度场分布图再次验证了热尾流水面热特性预测的正确性。本文对红外遥感探潜具有一定的参考价值。     

自动力潜艇热尾流水面热特性的实验研究

本文研究了实验水槽中自动力潜艇热尾流水面热特性,消除了除潜艇自身特征外其他拖动组件对热尾流扩散的影响,更加准确地再现了热尾流的扩散过程.通过热尾流温度分布预测了潜艇热尾流由热流区和冷热流混合区2个区组成,解释了2个区形成的过程,而热流区几乎全部由热流团组成,而且温度相对更高.红外热像仪拍摄的潜艇热尾流水面温度场分布图再次验证了热尾流水面热特性预测的正确性.本文对红外遥感探潜具有一定的参考价值.     

分层流体中拖曳球体尾流及辐射内波试验研究

在大型分层流水池中采用 PIV 方法对跃变分层流体中小球尾流场进行了测量,获得了不同拖曳速度工况下跃层处的尾流及内波流场,对体效应稳态内波和尾流效应非稳态内波的特征有了形象直观的了解,获得了内波流场速度大小随内傅氏数的变化规律。     

拖曳球体尾流效应内波表现特征及其产生机理研究

采用PIV技术对分层流体中拖曳球体尾流及内波的流场进行了测量,捕捉到了清晰的尾流效应内波的流场图像。尾流效应内波不规则,有一定的随机性,迟于模型出现,呈"V"字形,波长较短,且不随内傅氏数明显变化,与体效应内波特征差异明显。通过对尾流激发内波过程的分析,发现尾流效应内波与尾涡结构紧密相关,试验测量的内波波长与St数决定的涡间距吻合,验证了尾涡激发内波是尾流效应产生内波的一种机制。     

潜艇降噪在理论和工程上的限制

总的说来，将辐射噪声作为探测潜艇的手段仍是对探测能力讨论的内容。然而，由于现代潜艇安静得在许多情况下用探测噪声的方法不易探测到它们，从而采用其他有较好探测概率的方法进行探测。根据潜艇的任务、工艺及潜艇航行海区的环境，讨论潜艇探测在技术上和工程中所受到的限制。许多声学措施如此有效，以致地进行进一步声学处理对声源无需作进一步要求。另一方面，由船体和螺旋浆产生和噪声是不可能完全消除的，但可象以前对机械噪     

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。     

下凹型内孤立波对细长潜体运动特性影响的实验研究

在大型重力式分层流水槽中,采用重力塌陷造波和模型半柔性约束方法,结合位移和倾角测量技术,对下凹型内孤立波作用下的细长潜体模型运动特性进行了实验研究,获得了模型垂/纵荡、横/纵摇和质心轨迹运动规律。研究表明:细长潜体模型在下凹型内孤立波作用下的质心运动轨迹近似于椭圆;模型垂/纵荡和横/纵摇运动主要受到波幅因子α(内波波幅与模型长度之比)和潜深的影响;当α固定时位于内孤立波上/下方的模型主要表现为纵荡,而位于穿越内孤立波位置的模型主要表现为垂荡,实验进一步证实了模型运动特性与内孤立波内部流场分布的相关性。     

分层流体中潜体内波尾迹形态的初步分析

本文综合利用内波垂向结构的Sturm-Liouville方程解、内波射线理论和稳定相原理及渐进分析方法,构造出了潜艇尾迹的空间形态.结果表明,内波尾迹的平面形状在短波极限情况是有尖点的人字形波系;在长波极限情况则为钝头的波系.对三层结构,其垂向的尾迹传播路径为在内波波导区域内的折线,而对Holmboe分布模式则形如一条"摆龙".     

近水面潜艇波浪力计算研究评述

对潜艇波浪力计算的研究现状进行了小结。分析了近水面潜艇波浪力计算的几种有代表性的研究方法,如切片法、STF理论、源汇分布法、面元法、Frank源分布紧密拟合法及其组合方法等的具体应用。讨论了目前潜艇波浪力研究中存在的一些问题,尤其是二阶波浪力的非线性特性、潜艇运动扰动及其相互耦合的影响还不清楚,已建立的理论和方法尚不能满足工程实际的需要。最后提出了近水面航行潜艇所受波浪力计算中有待深入研究的重点问题。     

潜艇内波波迹——航空猎潜的新对象

阐明航空猎潜新的标的物-潜艇自生内波组成的庞大水下锥形扰动水体及其水面映波被机载SAR探测到的可能性.并列举中国船舶科学研究中心的近期工作.     

海底子母管线在规则波作用下的数值研究

采用三步有限元法离散N-S方程,建立了数值波浪水槽模型。数值研究了规则波作用下海底子母管结构的水动力特性。对海底子母管线所受波浪力的数值结果与物模实验结果进行比较。基于该数值模型,还考察了不同的子母管间相对缝隙G/D(0.1,0.25,0.5,0.75)对海底子母管线水动力特性的影响。分析得到了不同G/D下海底子母管线的涡脱落特性以及管线水动力系数随G/D的变化规律。结果表明,数值结果和实验结果吻合较好,该数值波浪水槽模型可用来计算波浪作用在海底子母管线上的水动力。关于不同G/D,得到了2种不同的涡脱落模式,在G/D较小(0.1,0.25)时,为"反相同步脱落"模式,在G/D较大(0.5,0.75)时,为"同相同步脱落"模式。