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X舵在不同位置时SUBOFF潜艇的水动力特性

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山东交通学院学报 2023年第2期31卷 109-116页

作者：王祥瑞王琨焦波卜治丞山东交通学院船舶与港口工程学院山东威海264209

为分析X舵在不同纵向位置时现代潜艇的水动力特性,采用计算流体力学进行数值模拟,采用非结构网格研究X舵在3个位置时SUBOFF潜艇在不同来流速度下直航所受总阻力,及在攻角为±5°、±10°下所受纵向力、垂向力和俯仰力矩,研究直航和俯仰... 详细信息

为分析X舵在不同纵向位置时现代潜艇的水动力特性,采用计算流体力学进行数值模拟,采用非结构网格研究X舵在3个位置时SUBOFF潜艇在不同来流速度下直航所受总阻力,及在攻角为±5°、±10°下所受纵向力、垂向力和俯仰力矩,研究直航和俯仰运动状态下X舵纵向布局对潜艇水动力性能的影响,及对应的压力云图。对结果进行分析对比可知:X舵位置变化对潜艇所受纵向力的影响较小,但对垂向力和俯仰力矩影响增大;随X舵位置向后移动,潜艇的垂向力增大,俯仰力矩减小,两者均在攻角为±5°时变化最大。

关键词： X舵 SUBOFF潜艇水动力计算流体力学

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近冰脊航行潜艇自推进水动力特性研究

中国造船 2023年第2期64卷 82-94页

作者：孙盛石玉云李志富江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003

为了掌握冰脊对潜艇近冰面航行时水动力特性的影响,针对带有KP505螺旋桨的SUBOFF潜艇模型,建立了由3组等间距冰脊组成的冰下航道近冰面流场,采用重叠网格与滑移网格相结合的自推进潜艇水动力研究方法,预报了带有KP505螺旋桨的全附体SUB... 详细信息

为了掌握冰脊对潜艇近冰面航行时水动力特性的影响,针对带有KP505螺旋桨的SUBOFF潜艇模型,建立了由3组等间距冰脊组成的冰下航道近冰面流场,采用重叠网格与滑移网格相结合的自推进潜艇水动力研究方法,预报了带有KP505螺旋桨的全附体SUBOFF潜艇在连续冰脊下的自航特性,分析了冰脊与自航潜艇的水动力耦合特性。研究发现,相比于平整冰面,潜艇在连续冰脊下自航点的螺旋桨转速降低可达11%;潜艇近冰脊航行时阻力一直在均值附近不断波动,波动幅值约为均值的10%;潜艇经过冰脊下方时的表面压力系数增大,推力系数降低。

关键词：冰脊 SUBOFF潜艇 KP505螺旋桨自推进耦合水动力

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水下航行器仿生非光滑表面减阻特性

兵工学报 2022年第5期43卷 1135-1143页

作者：唐俊刘岩岩闫一天天津大学建筑工程学院天津300354

为节约能源和制造高性能的航行器,基于虎鲸皮肤结构设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生非光滑表面。通过数值模拟评估不同形状参数下非光滑表面的减阻性能,讨论仿生非光滑表面对近壁面流场和湍流强度的影响。结果表明:仿生非... 详细信息

为节约能源和制造高性能的航行器,基于虎鲸皮肤结构设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生非光滑表面。通过数值模拟评估不同形状参数下非光滑表面的减阻性能,讨论仿生非光滑表面对近壁面流场和湍流强度的影响。结果表明:仿生非光滑表面在较大速度范围可以增加湍流边界层厚度,降低流场湍流强度,减少表面摩擦阻力;在0.5~15 m/s速度范围内,应用仿生非光滑表面的平板摩擦阻力减少9%以上,最大总阻力减阻率达到7.57%;将该仿生非光滑表面应用于无附体SUBOFF潜艇模型表面进行减阻优化设计,潜艇最大总阻力减阻率达到11.31%;新型仿生非光滑表面适用范围较广,可有效降低水下航行器的总阻力,具有良好的工程应用前景。

关键词：水下航行器仿生非光滑表面虎鲸 SUBOFF潜艇减阻

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深水密度层航行潜艇兴波尾迹分析

哈尔滨工业大学学报 2022年第1期54卷 40-48页

作者：何广华刘双张志刚张伟王威高云潘雁甲哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209 山东船舶技术研究院山东威海264209

为研究不同航行参数对深水密度层航行潜艇兴波尾迹特性的影响,基于黏流理论,通过用户自定义函数方式给定各项流体层分布,建立用于密度分层流中水下潜体水动力特性模拟的多相流数值模型。对在深水密度层即内波交界面以下以不同航速、下... 详细信息

为研究不同航行参数对深水密度层航行潜艇兴波尾迹特性的影响,基于黏流理论,通过用户自定义函数方式给定各项流体层分布,建立用于密度分层流中水下潜体水动力特性模拟的多相流数值模型。对在深水密度层即内波交界面以下以不同航速、下潜深度航行的SUBOFF潜艇兴波尾迹特性进行数值仿真,并对波切线、水质点速度分布、兴波分布等结果进行分析讨论。研究结果表明:航速对深水密度层航行潜艇兴波尾迹的影响较大,在Fr为0.6附近的中速阶段,潜艇首、尾兴波尾迹最为明显;潜艇下潜深度主要影响自由液面及内交界面处的兴波波幅;与浅水密度层航行潜艇兴波尾迹相比,深水密度层航行潜艇产生的自由面尾迹特征相似,但内波面尾迹会明显不同;交界面上的水质点速度分布随各航行参数的变化与兴波尾迹的变化具有一致性。揭示潜艇在深水密度层这一特殊位置处航行时的兴波尾迹特征,可丰富不同位置处航行潜艇水动力特征分析的手段,并为潜艇的非声探测提供参考。

关键词：密度分层流深水密度层 CFD 航速航行位置兴波尾迹 SUBOFF潜艇

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附体对分层流中潜艇水动力特性的影响

兵工学报 2021年第1期42卷 108-117页

作者：刘双何广华王威高云哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院山东威海264209

为探讨密度分层流中附体对潜艇周围流场及阻力特性的影响,基于雷诺平均方程建立一种用于模拟密度分层流中水下潜体航行特征的计算流体力学模型。采用SUBOFF潜艇模型进行收敛性研究,并与实验结果进行对比验证数值模型的精确性;采用该模... 详细信息

为探讨密度分层流中附体对潜艇周围流场及阻力特性的影响,基于雷诺平均方程建立一种用于模拟密度分层流中水下潜体航行特征的计算流体力学模型。采用SUBOFF潜艇模型进行收敛性研究,并与实验结果进行对比验证数值模型的精确性;采用该模型模拟得到加装不同附体工况下的潜艇以不同航速航行时的水动力特性,并结合压力变化分析相关结果产生的原因。结果表明:附体对分层流中潜艇水动力特性的影响与航速高低有关;在弗劳德数为0.5附近,潜艇兴波阻力系数达到最高;附体带来的潜艇表面曲率突变会引起较大的压力变化;所建模型展示了潜艇的航行尾迹特征,并对密度分层流中水下潜体运动问题模拟方法的选取及潜艇附体的优化设计具有一定参考价值。

关键词： SUBOFF潜艇水动力特性密度分层流附体计算流体力学兴波尾迹

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仿生非光滑表面水下减阻技术研究

仿生非光滑表面水下减阻技术研究

作者：刘岩岩天津大学

学位级别：硕士

本文对多种湍流减阻技术的发展现状和特点进行了对比分析,确定以仿生非光滑表面减阻技术为研究方向,并且基于水下航行器减阻的研究背景,从虎鲸的皮肤结构获得了仿生灵感。以形状规则、特征明显的虎鲸皮肤嵴为仿生原型,本文依据仿生学原... 详细信息

本文对多种湍流减阻技术的发展现状和特点进行了对比分析,确定以仿生非光滑表面减阻技术为研究方向,并且基于水下航行器减阻的研究背景,从虎鲸的皮肤结构获得了仿生灵感。以形状规则、特征明显的虎鲸皮肤嵴为仿生原型,本文依据仿生学原理设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生随行波表面。通过数值模拟研究了深度、宽深比和来流速度对随行波表面减阻性能的作用规律,分析垂直于流动方向排列的周期性随行波结构对湍流边界层流动演变的影响。数值计算结果表明,深度越小,随行波表面减阻效果越好,最大总阻力减阻率达到9.63%。对比随行波和平板表面流场发现,仿生随行波表面在较大速度范围可以增加湍流边界层底层厚度,降低速度梯度,抑制湍流的猝发,使流动更加稳定,从而减少表面摩擦阻力。将仿生随行波表面应用于无附体SUBOFF潜艇模型进行减阻优化设计,以验证随行波表面的减阻性能,并对所建立的潜艇数值模拟模型进行了计算。发现与光滑潜艇模型相比,布置在平行中体的随行波结构有效的降低了潜艇平行中体和后体区域的表面切应力,抑制了湍流速度脉动,致使湍动能明显下降,验证了减阻机理,并且随行波表面潜艇的最大总阻力减阻率达到11.31%。计算结果表明新型仿生随行波表面适用范围较广,可有效的降低水下航行器的总阻力,这将为仿生非光滑减阻表面的实际应用提供了一个有用的参考。通过动网格模型和UDF功能对主动运动减阻表面进行了研究,发现周期性运动的驻波表面虽然在高频率下能够取得不错的控制效果,但会受到来流速度限制,减阻性能并不稳定,并且对驻波表面流场的周期性变化进行了分析,探索其减阻机理。

关键词：仿生虎鲸随行波表面 SUBOFF潜艇减阻数值模拟

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潜艇指挥塔数学线型

大连理工大学学报 2017年第3期57卷 266-270页

作者：齐翔唐晓齐欢中国舰船研究设计中心三室湖北武汉430064 空军预警学院预警情报系湖北武汉430012 华中科技大学自动化学院湖北武汉430074

潜艇指挥塔是潜艇最重要的组成部分,而其围壳型线优化设计是潜艇设计的重要步骤.不同于传统研究中将潜艇指挥塔看作横剖面是椭圆形的柱体,而是利用垂向函数法,研究了指挥塔剖面的弦长与半宽都随高度变化时横剖面为翼型的指挥塔的数学线... 详细信息

潜艇指挥塔是潜艇最重要的组成部分,而其围壳型线优化设计是潜艇设计的重要步骤.不同于传统研究中将潜艇指挥塔看作横剖面是椭圆形的柱体,而是利用垂向函数法,研究了指挥塔剖面的弦长与半宽都随高度变化时横剖面为翼型的指挥塔的数学线型.针对梯形指挥塔和填角弧形指挥塔,通过求解超越方程组,得到指挥塔线型.对SUBOFF潜艇的算例,验证了所提出的潜艇指挥塔数学线型求解方法的有效性.该方法可以在缺乏母型船数据的情况下,快速获得满足静水性条件的潜艇围壳型线.

关键词：潜艇梯形指挥塔填角弧形指挥塔数学线型 SUBOFF潜艇

基于改进Jackson船型的潜艇外形多学科设计优化

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舰船科学技术 2018年第11期40卷 35-38页

作者：齐翔唐晓齐欢中国舰船设计研究中心湖北武汉430064 空军预警学院湖北武汉430012 海军工程大学湖北武汉430032 武昌首义学院湖北武汉430064

采用改进的Jackson潜艇线型控制方程,建立了潜艇船型的数学船型,在不影响船型描述的基础上,减少了设计参数。进而以流噪声最小、粘滞阻力最小和容积最大为目标,研究了潜艇外形设计的多学科优化。对SUBOFF潜艇模型优化的结果,使得容积增... 详细信息

采用改进的Jackson潜艇线型控制方程,建立了潜艇船型的数学船型,在不影响船型描述的基础上,减少了设计参数。进而以流噪声最小、粘滞阻力最小和容积最大为目标,研究了潜艇外形设计的多学科优化。对SUBOFF潜艇模型优化的结果,使得容积增大5.81%,表面积增大4.39%,阻力系数减小5.556%,转捩区噪声减小7.46%,阻力减小1.36%,为改进设计提供了参考。

关键词：数学船型潜艇外形 SUBOFF潜艇多学科设计优化

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水下航行体的兴波尾迹分析与规避

水下航行体的兴波尾迹分析与规避

作者：田乃文哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

潜艇等水下航行体作为海军实施战略战术的重要武器,具有较强的隐蔽性、侦探性和突袭性;在现代海战中可发挥重要的作用,潜艇性能也是各国国防综合实力的体现。在发展水下航行体及其相应支撑技术的同时,对隐形技术、规避技术和反潜技术的... 详细信息

潜艇等水下航行体作为海军实施战略战术的重要武器,具有较强的隐蔽性、侦探性和突袭性;在现代海战中可发挥重要的作用,潜艇性能也是各国国防综合实力的体现。在发展水下航行体及其相应支撑技术的同时,对隐形技术、规避技术和反潜技术的研究也同样受到越来越多的重视。在舰船耐波性领域中,航行体运动引起的水力特征尾迹,又常被称为兴波尾迹。虽然国内外对表面兴波尾迹的探测技术已经取得了成熟的研究结果,如:星载SAR,红外探测等,但对于水下航行体运动引起的水面特殊痕迹,如:热尾流产生的冷热特征尾迹和航行体运动引起的水力特征尾迹,尤其是对于航行体运动引起的水力特征尾迹的变化规律的研究尚不多见。对于兴波尾迹(波纹图)的研究,大多局限于水面舰船、且发展较为成熟。但对于水下航行体引起的波面尾迹的研究仍相对较少。为研究水下航行体运动引起的水力特征尾迹,本文首先基于势流Rankine面元法建立了水下航行体兴波尾迹和兴波阻力的分析模型。对该势流Rankine面元模型的理论基础和数值技术进行了介绍。采用Newman细长体对该数值模型的收敛性进行了检验,并与其他文献中公开发表的数据结果进行对比验证;详细地讨论和分析了Newman细长体的兴波特征。然后,本文基于RANS方程,采用Simple算法求解压力-速度耦合项,建立了一种用于求解兴波阻力的CFD方法。对潜艇近水面航行时的兴波阻力及相关流场特性进行模拟,首先对Newman细长体模型进行了收敛性验证,结合叠模技术计算了其在不同航速下运动时的兴波阻力系数,数值模拟的结果与文献中的研究结果吻合较好,表明了本文所采用的叠模数值方法的准确性。然后采用该方法计算了SUBOFF潜艇模型在裸艇的情况下以不同航速在不同潜深航行时的兴波阻力;接着研究了潜艇在仅安装驾驶舱、尾翼以及安装全附体工况下以不同航速及潜深航行时的兴波特性,研究了附体存在的影响,并从流场角度解释了产生相关结果的原因。研究表明:潜艇在Fr为0.5时兴波阻力系数达到最大值,且当潜深接近0.5倍艇长时,自由液面基本不会兴起波浪;而且尾翼对潜艇兴波的影响较大,同时依靠加装驾驶舱和尾翼的互相作用消除影响;在驾驶舱、尾翼以及潜艇表面其他形状突变处会形成漩涡进而导致了兴波阻力改变。本文可为潜艇兴波问题的数值模拟研究提供参考,并在潜艇设计优化方面具有重要的指导意义。

关键词：兴波阻力尾迹分析 SUBOFF潜艇数值模拟