基于面元法的潜艇螺旋桨低频线谱噪声预报方法

首先,用CFD方法计算得到潜艇尾部非均匀伴流场,并用面元法对非均匀流场中的螺旋桨非定常压力分布进行了计算,将潜艇伴流场的计算结果以及螺旋桨非定常力的计算结果与实验结果进行了比较,结果吻合较好;然后,将计算得到的压力分布时域信号输入到噪声积分方程中,计算出螺旋桨诱导的噪声声压,所得到伪噪声声压级与Seol的噪声声压级吻合很好。结果证明:该方法可真实考虑螺旋桨形状,对噪声源和观测点的距离没有作任何近似,计算速度快,为潜艇螺旋桨的噪声性能快速评估及优化提供了技术支撑。     

潜艇模型尾流场和水动力噪声的测量方法研究

探索了一种集潜艇模型尾流速度场测量及模型水动力噪声测量于一体的试验技术,即通过合理的试验方案设计及信号处理手段,完成对潜艇模型水动力噪声信号的测量,识别出模型噪声信号各成分的影响范围;同时,应用PIV技术对潜艇模型的尾流速度场进行测量,通过对测量结果的处理,得到潜艇模型的尾流涡量场分布.所得到的结果为研究潜艇水动力噪声与尾流涡结构之间的关系提供了参考,所做的工作为上述问题的研究提供了一种新颖的试验思路.     

总师谈潜艇降噪的手段与意义

在现代海上作战的条件下,潜艇的威力及命运均系于其隐身性能。人民海军从诞生之初就将潜艇作为一种战略性的武器,因而减振降噪始终是潜艇设计研制的重点和难点。就此我们采访了海军工程大学教授、专业技术少将朱石坚,请他为大家一解潜艇降噪的门道。《现代舰船》:请您介绍一下潜艇噪声主要有哪几类?产生这些噪声的原因和部位各是什么?朱石坚:潜艇辐射噪声的主要噪声源有:螺旋桨噪声、水动力噪声、机械噪声。螺旋桨噪声的产生原因是:螺旋桨在水中运转,一方面引起水介质波动而直接辐射噪声,另一方面通过轴系激励艇体而产生水噪声。此外,当螺旋桨旋转时,由于叶片表面局部的静压力下降(有时到负压),产生汽化     

非均匀湍流场中螺旋桨噪声研究

针对螺旋桨在湍流中的非定常噪声问题，在均匀湍流下螺旋桨宽频噪声相关性法的基础上，推导了非均匀湍流下螺旋桨宽频噪声的公式。在均匀湍流的研究中使用了十桨叶螺旋桨模型，并将计算结果与试验数据进行了对比，发现吻合较好。对于非均匀湍流中的问题，研究发现湍流的不均匀程度不会对宽频谱波峰的位置产生影响，噪声谱波峰的位置仍然取决于叶频，湍流的不均匀程度只会改变叶频处的波峰高度。最后研究了均匀湍流和非均匀湍流中侧斜角对螺旋桨噪声的影响，发现桨叶侧斜角的存在会降低螺旋桨在湍流中受到的宽频噪声。     

水洞测试定子外形选用及其对流场影响分析

为了在螺旋桨水洞实验中将测试传感器通过测试定子引出,并尽可能减小测试定子对水洞流场的影响,确保螺旋桨水洞实验及相关测试结果的准确性,首先根据NACA翼型,在测试定子截面厚度一定的情况下,通过调整截面厚度比得到6种典型截面形式;然后,通过数值计算对比6种测试定子所产生的尾流分布以及尾流扰流情况,发现厚度比为30%的截面翼型尾流分布均匀,流场扰动缓和且范围最小,在此基础上,根据实际水洞的有限长度,选取厚度比为30%的截面翼型置于螺旋桨正前方0.6m处进行数值模拟,所得螺旋桨水动力结果与螺旋桨敞水试验对比吻合较好;最后,分析了各叶片的压力分布情况及不同进速下的推力和扭矩,结果表明:该测试定子对后方螺旋桨周围流场的影响可忽略,验证了所选用截面形式测试定子应用于螺旋桨水洞实验的可行性。     

潜艇内置推进系统水动力设计

为提高潜艇推进效率,降低潜艇阻力和噪声,提出了一种潜艇内王推进系统及其结构布局,初步建立了内置推进系统的理论分析方法和设计思路.对推进系统的管道进行了参数化设计,并借助计算流体力学软件,用体积力代替螺旋桨产生的力场,对不同管道参数下的潜艇周围及管道内部的流场进行了数值模拟,结果表明:增大管道的进口面积可以减小管道阻力,...     

潜艇微速与漂流条件下纵向运动特性计算与分析

按照相对运动原理在潜艇阻力和螺旋桨推力中引入海流速度项,建立了海流作用下潜艇纵向动力学方程.用所建立的方程,针对3 000 t级的潜艇开展了定常海流作用下潜艇纵向漂流和微动力航行时的数值模拟与计算.针对模拟计算结果进行了分析研究,提出了"漂流指数"的概念和定义,并按照定义根据所建立的动力学方程在线性假定下推导出了潜艇漂...     

潜艇水动力噪声的自航模试验技术研究

探讨了一种新型的潜艇流噪声与螺旋桨噪声的模型试验方法——自航模水动力噪声测试技术。该方法通过合理的试验方案设计及信号处理手段,在背景噪声相对较低的测试环境中,可得到具有时间通过特性的噪声信号,识别出流噪声与螺旋桨噪声。     

泵喷宽带非定常激振力预报与参数分析

为预报泵喷推进器转子与湍流互作用宽频非定常激振力,在Sears函数的基础上,考虑随机湍流波的影响,推导了螺旋桨宽频非定常激振力预报公式,并与实验值对比验证了该公式。进一步考虑泵喷推进器转子工作在前导叶尾流场的情况,通过Gauss尾流模型建立叶片尾流湍流波数谱,通过经验公式计算叶片尾流场参数。推导得到泵喷推进器转子宽频非定常激振力预报公式,通过公式计算得到的宽频非定常激振力与数值计算结果相近。分析了流场参数的变化对推进器转子宽频辐射噪声预报结果的影响。研究得到,湍流强度只影响宽频非定常激振力预报结果的幅值,湍流积分尺度对幅值和频谱形状都有较大的影响。     

悬停状态下的潜艇攻击方式分析

潜艇的辐射噪声声源级大小直接影响着被动声纳的作用距离和自身的隐蔽程度.从潜艇的辐射噪声特点入手,分析了潜艇悬停时的独有特点,提出了悬停状态下潜艇的攻击方式,分析了其战术意义,并给出了仿真计算结果,具有一定的工程实用价值.     

仿生学推动潜艇驶入新世纪

襁褓中的隐身“皮动潜艇” 潜艇尽管对海面舰船的生存构成了很大威胁,以至被称为“水中杀手”。但随着反潜武器的发展,潜艇的生存也同样受到了威胁,因为:潜艇在航行中由于艇内机器的运转会发生噪声,容易被敌人探测;以特种钢材制作的艇体在运行时还会发射“红外线”,容易被探测并受到攻击;运行中的潜艇还会有尾流并排出废气,很难不被灵敏度极高的敌舰     

电化学极化状态对潜艇螺旋桨扰动电场模型的影响

潜艇服役期间涂层性能退变影响潜艇电场分布,以材料电化学极化状态为边界条件,应用边界元法建立潜艇涂层性能下降、涂层渗透腐蚀、涂层局部破损极化三种潜艇腐蚀静电场模型,从时域和频域特征对螺旋桨扰动电场模型进行分析。研究结果表明：电化学极化状态对螺旋桨扰动电场的电位信号特征及电场谐波频段影响显著。恒电位、线性极化、非线性极化三种边界条件下,螺旋桨以相同频率旋转扰动静电场时,各模型的频率成分占比差异明显。非线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最大,线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最小。三种边界条件下电场模型的3倍扰动频以上的谐波范围会发生改变,恒电位边界下模型谐波范围最小,非线性边界条件下谐波范围最大。     

一种临界速度估算方法及其对潜艇隐蔽作战的影响

考虑到潜艇航行速度对其隐蔽作战具有重要影响,提出了一种可行的临界速度估算方法,在螺旋桨以及潜艇的外形已经确定的前提下,计算出潜艇在不同航行深度时适用于隐蔽攻击的航行速度范围,并给出了两型潜艇临界速度随深度变化的曲线.计算分析结果表明:临界速度主要与潜艇所在深度有关,航行深度越大,潜艇进行隐蔽攻击的允许速度也越大;潜艇可...     

潜艇内置隔板流体特性

为了探究隔板对隔舱特性的影响,以带流水孔潜艇内置隔板为研究对象,对潜艇内置隔舱设置不同的隔板数目,基于大涡模拟(LES)方法进行三维仿真模型进行数值模拟,分析内置隔板对潜艇隔舱阻力以及流噪声特性的影响。结果表明,内置隔板与流体的作用直接影响隔舱的整体特性。隔板数越多,隔舱阻力越大,噪声级也越高,并且阻力以及流噪声与来流速度呈正比例关系,这为潜艇内置隔板的设计提供了参考。     

美不愿公开的“皮动潜艇”——襁褓中的杀手

潜艇尽管对海面舰船的生存构成了很大威胁,但是,随着反潜武器的发展,潜艇的生存也同样受到了威胁。这主要因为潜艇在航行中,一是艇内机器的运转会产生噪声,容易被敌人声呐探测到;二是这种以特种钢材制作的艇体在运行时还会发射红外线,容易被探测到并受到热寻的鱼雷的攻击;三是运行中的潜艇还会有尾流并排出废气,很难不被安装了日益提高“电子鼻”灵敏度的     

全附体潜艇模型回转运动流场数值模拟

为研究潜艇的回转运动,在RANS方程中引入旋转坐标系科氏力和艇体惯性离心力,并采用分块结构化网格技术,对全附体潜艇模型回转运动的流场进行了CFD数值模拟。首先,推导了旋转坐标系下流场计算的控制方程,给出了科氏力和艇体惯性离心力的表达式,并将其引入到动量方程中;然后,采用RNGk-ε湍流模型以及用户自定义函数方法设置了计算边界条件,数值模拟了全附体潜艇模型(DRAPA SUBOFF)的操舵定常回转运动流场;最后,分析了所计算流场的速度、压力和涡的分布及形态,分析表明计算结果符合其规律性。     

基于STAR-CCM+的全附体潜艇尾流场数值分析

为充分了解潜艇周围的粘性流场特征,基于STAR-CCM+仿真软件对SUBOFF全附体模型的尾流场进行了数值模拟。通过将数值模拟结果与试验结果进行比较,系统分析了棱柱层网格的划分与湍流模型的选取对计算结果的影响。结果表明:SSTk-ω模型较适合应用在潜艇模型尾流场计算中,并且棱柱层的总厚度不能小于15mm,第一层计算网格节点到表面的无因次距离y+应在25到170之间。在此基础上,应用滑移网格技术对潜艇尾流场进行数值模拟,通过加密网格和减小时间步长使得轴向伴流分数与整体定常计算值吻合较好。     

互动地带

湖北宜昌的邵行之是一名高中生,他发来电子邮件说看到一些军用飞机用到了共轴式螺旋桨,具有提供的升力大等优点,询问舰船的螺旋桨能否采用共轴式,以获得大推力,从而提高航速。同轴推进又可称为共轴推进,在舰船螺旋桨推进装置中也有这种结构,不过一般使用得比较少。有两种类型,一种是使用吊舱推进系统的同轴推进,另-种是常规推进轴系使用对转螺旋桨的同轴推进。前者是在吊舱的前后两端各装1部螺旋桨,由吊舱内的同一台电机驱动;后者是在舰船的两根同心的推进轴上,分别装2部普通的螺旋桨,以相反的方向旋转。这种螺旋桨称为对转螺旋桨或称双反转螺旋桨。这种同心的对转螺旋桨的好处是前后螺旋桨尾流的旋转方     

基于 CFD 方法的螺旋桨水动力性能预报

运用计算流体力学软件对粘性流场中敞水螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了某型螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布以及螺旋桨后尾流场情况等.在数学建模的过程中,利用 FORTRAN 语言编制了计算螺旋桨型值点的程序,然后把计算值导入 Fluent 的前处理器 Gam-bit 进行建模,并采用样条曲线去拟合各个型值点,从而建立了光滑的三维螺旋桨表面外形.介绍了利用Fluent软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某一标准螺旋桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较.由对结果的比较分析可知,基于 CFD 方法可以形象、真实地获知螺旋桨表面的压力以及尾部流场的分布情况,并且数值仿真结果可以满足工程应用.     

螺旋桨梢涡卷起数值计算

通过解析公式计算得到面源和面偶的诱导速度,在面偶附近区域,用涡环代替面偶,计算得到螺旋桨的速度场,根据尾涡面必须和当地流体流速相切的原则,修正原来尾涡面的形状,逐步迭代直至尾涡形状收敛,用这种方法预报了三维水翼和螺旋桨的尾涡面的形状和梢涡卷起,与试验结果有较好的一致性。