潜艇应急上浮六自由度运动及黏性流场数值模拟

为揭示潜艇应急上浮过程中的强非线性运动及水动力作用规律,基于RANS方程及流体体积模型,针对Suboff标模建立了潜艇应急上浮数值预报方法。通过开展不同纵倾攻角及斜航漂角下全附体模型的水动力计算,验证了该计算方法的有效性,确定了其适用范围,进而结合整体动网格技术模拟了潜艇的应急上浮过程,获得了艇体六自由度运动的时历参数及流场细节信息。数值模拟结果表明该方法能够较合理地描述潜艇上浮的运动规律,也证明了该方法在潜艇上浮多自由度运动及水动力性能研究中的潜力和适用性。     

基于STAR-CCM+的全附体潜艇水压场特性及附体影响性研究

潜艇航行引起的流场压强变化称为潜艇水压场,其特性常被应用于水雷,以实现目标探测,攻守兼备。考虑指挥台围壳、尾翼影响,以全附体艇体为研究对象,在验证性研究的基础上,基于粘流理论研究了潜艇水压场特性,揭示了附体对艇体表面、周围流场、水底流场的压强分布影响规律。结果表明：附体对艇体表面的压强分布影响显著,但影响范围局限于附体小区域,而对水底处的水压场影响仅在潜艇近底航行时才略显著,可见非近底航行工况下可忽略附体影响,实现潜艇水压场的快速预报;在研究近水面航行工况时,水面兴波对海底潜艇水压场的分布存在影响,具体影响潜艇水压场的峰值大小和位置等。     

DARPA2潜艇模型定常流动 黏性流场和水动力计算

为了进一步验证SA湍流模式模拟分离流动问题的能力,采用SA(C_υ=30)湍流模型,数值求解定常不可压缩的RANS方程,计算DARPA2潜艇模型定常流动黏性流场和水动力;速度-压力耦合采用SIMPLE方法处理,对流项采用二阶迎风格式,隐式迭代求解方程组。得到的数值计算结果与实验值符合较好。潜艇不同部分对水动力的贡献及受攻角的影响是不同的,升力系数随攻角的增加,艉附体的作用明显增强,而指挥台的作用不是很明显;指挥台和艉附体分别存在时,水动力系数随攻角变化的趋势与全附体时是一致的,曲线不存在奇异性变化。     

全附体多桨船模自航点数值求解方法研究

针对带附体的四桨双舵船模,采用结构化网格离散全附体模型表面,基于RANS方程求解了船桨舵耦合的复杂粘性流场,数值模拟了主船体阻力试验、螺旋桨敞水试验、全附体模型阻力试验和自航试验,建立了螺旋桨转速自动调节的模型自航点求解方法。该方法的计算结果与试验结果进行了比较分析,结果表明:全附体模型阻力误差小于3.8%,自航点转速误差小于4.3%。     

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。     

水下航行体惯性类水动力系数的计算方法

为了系统地计算水下航行体全套惯性类水动力系数,提高计算效率和计算精度,通过基于无粘模型的计算方法对水下航行体的运动进行了预报;通过UDF及动网格技术,对匀速运动和匀加速运动的SUBOFF模型进行了分析.设计了单方向速度线性变化的匀加速直线运动和匀加速回转运动,并通过换算和数值拟合处理得到了潜艇所受的惯性力和惯性类水动力系数.该系数与试验误差保证在6％之内,验证了所提方法的可行性及准确性.     

潜艇上浮出水运动及粘性流场直接数值模拟方法

为得到潜艇上浮出水运动及流场特性,以带流水孔柱形潜体为研究对象,基于RANS方程及SSTk-ω湍流模型,并应用重叠网格技术实现了不同工况下潜体上浮的直接数值模拟,获取了模型上浮过程中横倾、纵倾及上浮速度等参数的时历曲线及流场细节信息。研究结果表明:该方法较合理地反映了潜体的上浮运动规律,能够直观展现潜体出水及倾覆过程,可为潜艇上浮出水稳性的预报及分析提供可行途径。     

抑制潜艇螺旋桨旋转噪声的消涡整流新方法研究

潜艇螺旋桨工作在非均匀的潜艇尾流中,潜艇尾流的不均匀性直接与螺旋桨的旋转噪声相关。在分析潜艇主附体结合部马蹄涡对潜艇尾流不均匀性影响的基础上,设计了消涡整流片以削弱马蹄涡强度。结合数值计算方法计算了消涡整流片作用下的潜艇模型的流场和螺旋桨的旋转噪声。结果表明:消涡整流片可以较好地降低潜艇尾流的周向不均匀性、控制潜艇螺旋桨非定常力的变化幅度,并抑制螺旋桨的旋转噪声。在消涡整流片的作用下,螺旋桨所对应的1阶叶频声源级噪声值下降约4dB。     

一种提高正横布置潜艇发射装置发射安全性的方法

正横布置的潜艇发射装置在发射鱼雷诱饵时,由于受潜艇航行带来的水流作用力的影响,鱼雷诱饵出管后将向潜艇的尾部方向回转,如果潜艇发射鱼雷诱饵时的航速较高,则这种回转将十分严重,有可能与发射艇的尾部相碰撞,这将给发射艇及鱼雷诱饵带来安全性问题.文中提出了一种鱼雷诱饵发射装置在艇上作向前倾斜的斜置式布置结构.数值仿真结果表明:此种布置方式可以削弱鱼雷诱饵出管以后的回转趋势,从而可以避免较高航速时鱼雷诱饵与发射艇的回转碰撞.     

激波诱导惰性堆积粉尘运动的建模及数值模拟

基于空间平均的双流体模型 ,引入描述颗粒脉动速度的粒化温度 ,建立颗粒相的本构方程 ,将粒化温度模型推广到解决高速流动问题。采用AUSM+ 有限差分法 ,数值模拟激波在一定厚度的惰性粉尘床中传播及诱导粉尘颗粒运动的过程。结果表明 ,粒化温度模型较好地描述了这一过程 ,证实了此模型在处理稠密颗粒高速流动和流场存在强间断中的可行性