海底沙波对潜器水动力性能的影响

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D> 5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

近水面波浪对UUV航行的影响

低速UUV在水下航行一定的距离后需要上浮到近水面进行导航定位,而在近水面UUV受波浪的影响不能忽略,因此研究UUV在近水面悬停时受波浪的影响是有意义的.本文在建立UUV六自由度运动模型的基础上,基于规则波的波浪理论,建立了波浪力的计算模型.并仿真计算了UUV在近水面悬停时受海洋波浪力的影响.     

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。     

基于NUMECA的中高速艇阻力预报研究

船舶阻力预报及水动力性能分析具有广泛的应用背景。文章结合现有的资料和试验数据,利用强大的CFD软件FINE/Marine对某中高速艇进行了阻力预报,计算表明,该方法能取得良好的精度,并可以清晰直观地显示流场的各种细节,形成一套适用于中高速艇的快速有效、切实可行的阻力预报方法。此外,研究了附体及其他船型参数对船舶阻力性能的影响,并进行了阻力性能影响分析,具有一定的实用意义。     

多UUV搜索海底声信标任务规划方法

[目的]为了提高特定海域内多水下无人航行器(UUV)执行海底声信标搜索任务时的搜索性能,需增加对目标的搜索概率。[方法]首先,给出各UUV所载被动声呐的搜索能力指标函数,采用蒙特卡罗方法模拟海底声信标的坐标位置,并在任务区域建立搜索能力函数,从而得到本次优化任务的优化目标;然后,根据UUV实际执行任务时的队形要求建立本次优化的约束条件,整合得到基于海底声信标搜索概率最大化的多UUV队形优化模型,并使多UUV按照此队形完成指定区域的声信标搜索工作;最后,采用遗传算法对优化模型进行参数优化,通过设定合理的目标函数以及改进传统的遗传算子使目标函数的值达到设定标准,随之取出相应的参数完成值的选择。[结果]将求解出的优化队形与传统优化队形进行对比发现,求解出的优化队形具有更高的发现海底信标的平均概率。[结论]该方法能够有效提升多UUV对海底声信标的搜索性能,并给出合理的队形优化方案。     

滑行艇在规则波中的数值模拟

针对波浪中滑行艇水动力性能预报的不足,提出了一种基于六自由度运动模型的滑行艇水动力性能预报方法,实现其在波浪中自由运动的水动力性能预报。首先根据水波理论利用CFD技术完成了三维数值水池的造波和消波,然后以某型滑行艇为模型,将六自由度方程赋予滑行艇,实现了其在迎浪匀速航行时随波浪的自由运动,最后通过Fluent数值计算得到了其在波浪中自由运动时的阻力、升力、升沉位移、纵倾角以及兴波等流场参数。计算结果表明:利用该方法获得的某型滑行艇的流场参数较真实地反映了滑行艇在波浪中的姿态,为滑行艇耐波性实验提供了一定的理论依据。     

海底门声学计算及水下多孔介质材料降噪

分别建立船舶海底门的声场模型和声-固耦合模型,对海底门的声传递损失、结构湿模态进行计算,获取海底门降噪设计需避开的共振频率。建立海底门的流体模型,采用URANS和FW-H对流场及水动力噪声进行数值计算,云图显示格栅背面出现了显著的流动分离及压力脉动,且压力峰值条带沿着格栅对角线方向分布,频谱曲线显示海底门水动力噪声以低频为主。数值计算表明,当仅将海底门钢制格栅替换成水下多孔介质材料时降噪3.4 dB。共振频率计算及水下多孔介质材料应用为海底门声学设计提供了思路。     

基于逆流抵近策略的UUV路径优化算法

针对水下无人航行器(UUV)在特定海域深度下执行多目标识别处理的路径规划问题,考虑逆流抵近策略及海流对UUV绝对航速影响,基于蚁群算法建立了一种综合优化路径迁移距离、转向角度及路径迁移时间指标的UUV作业路径规划算法。在区间路径转移概率和适应度函数计算中,采用雷达图分析方法,构建了综合考虑路径长度、转向角度及航行时间三种指标的无量纲能见度函数和适应度函数,解决了路径规划中多指标优化时加权系数难以确定的问题。路径规划仿真结果证明了建立的UUV路径优化算法的有效性。     

潜艇近海底运动水动力数值计算分析研究

本文以SUBOFF潜艇模型为研究对象,利用FLUENT6.1软件,数值模拟了无限水域下的变攻角水动力特性曲线,与泰勒水池的模型试验结果比较分析表明,数值模拟具有较好的精度.本文用FLUENT6.1软件进一步计算分析了SUBOFF潜艇模型带攻角、带漂角、不同近底距离直航状态下的水动力特性,结果表明:无论有无攻角和漂角存在,潜艇运动(除阻力外)的五个水动力分量随近底距离的变化与"近底距离倒数平方"呈良好的线性关系,例如,Z(H)∝1/H2,或Z′(ζ)∝ζ2,其中ζ=D/H为无量纲近底参数.     

海底地形对浮体慢漂响应的影响研究

浮体在波浪中的运动经常受到海底地形的影响,文章基于势流理论,采用高阶边界元方法计算海底地形对浮体慢漂运动响应的影响,计算中充分考虑了海底地形在波浪传播中对其的绕射影响。计算结果表明,变浅的海底地形会导致波浪场的波高增加,浮体运动响应增大,分别对浮体相对海底地形不同位置时浮体受到的波浪力和运动响应进行了定性及定量的分析,分析了浮体相对海底地形不同位置时浮体的水动力特性及运动特性,说明为了更准确模拟近岸或者离岸线性约束浮体的水动力情况,海底地形的影响不能忽略。     

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。     

潜载无人水下航行器自航布放内弹道模型与仿真

通过对等截面鱼雷发射管自航布放无人水下航行器（UUV）过程中的受力进行分析,建立内弹道的数学模型,并对UUV自航布放的出管时间和出管速度进行实时仿真,同时,还对几种典型口径UUV自航布放过程中的阻力变化规律进行对比和分析,从理论上对UUV自航出管的可行性进行论证.仿真结果表明,选取500mm口径的UUV,通过潜艇的等截面鱼雷发射管进行自航布放完全可行.     

基于海浪干扰滤波器的UUV近水面深度控制

针对UUV在近水面航行过程中海浪波动对深度计测量造成较大干扰进而影响深度控制效果的问题,设计一种带有海浪干扰滤波器的UUV深度控制方法。分析UUV海试中深度控制性能,选取合适的参数设计海浪干扰滤波器并验证了其滤波效果。考虑到PID控制器参数选择难的问题,采用遗传算法对其控制参数实现在线自整定。最后将实时海浪加入到UUV深度控制系统进行仿真实验,并将仿真结果与海试数据对比,结果表明本文提出的方法可有效的抑制海浪干扰,改善UUV近水面深度控制效果,具有一定的工程实际意义。     

面向过驱动UUV推进器容错控制的非线性观测自适应推力分配

[目的]为了研究水下无人航行器（UUV）动力定位过程中受到外界时变干扰以及推进器故障时的控制方法,提出可实现推进器容错控制的非线性观测自适应推力分配策略。[方法]首先基于幂次滑模方法进行UUV动力定位控制器设计,并采用非线性观测器实现对外界环境干扰的有效估计;然后结合外界扰动估计值以及故障模式下的状态偏差序列构建二次规划问题,对其求解获得各推进器的效率因子,以修正推力分配矩阵,从而实现推进器容错下的自适应推力分配。[结果]仿真结果显示,UUV控制系统能够有效估计外界环境干扰以及各推进器效率因子,即使部分推进器出现故障,UUV仍能降格完成动力定位任务。[结论]研究表明所提出的自适应推力分配策略及滑模控制算法合理,适用于存在外界环境干扰以及推进器故障的复杂工况。     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

海底埋设管线平管起吊运动分析

基于有限元软件OrcaFlex,充分考虑不规则波浪、海流、管土相互作用以及船舶管线耦合运动,建立海底埋设管线平管起吊模型。参考DNV-RP-F110计算埋深管道受到的土壤阻力,依据DNV-RP-C205确定相关水动力系数。通过数值模拟研究分析管线在平管起吊过程中管道的运动响应以及吊绳张力的时间历程变化,为实际海底管线平管起吊提供一定理论参考。     

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题,本文在验证数值计算方法可行性的基础上,开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著;而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象,这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。     

采用超低频电流场实现深水UUV遥控

首先分析遥控UUV的通信方式,将采用水下电流场通信和水声通信进行比较,得出采用水下电流场实现深水UUV遥控的优越性。分析水下电流场通信的原理,给出深水UUV接收遥控信号电压的表达式,总结出影响水下通信距离的关键参数。研究UUV接收信号随频率、通信距离的变化规律,最后提出增大水下电流场通信距离的方法。     

基于DoDAF和SysML的潜艇与UUV协同作战概念描述方法

随着UUV等水下无人装备及技术的不断发展,水下无人装备在作战领域逐渐深入,探索潜艇与UUV协同的作战概念对于牵引水下装备发展具有重要意义。基于DoDAF(Department of Defense Architecture Framework)框架和SysML语言（Unified Modeling Language）,建立潜艇与UUV协同作战概念描述方法,对潜艇与UUV协同反舰的作战概念进行了顶层、规范化的描述,可为潜艇与UUV协同作战概念研究提供参考。