潜艇上浮运动数值计算方法的研究与验证

预报潜艇上浮运动是探索研究潜艇上浮运动控制规律以及潜艇安全上浮的前提。就潜艇上浮运动的数值计算方法和计算流程进行了详细介绍,对数值计算方法中的湍流模型及离散格式等进行了优选。基于模型上浮试验结果,对数值计算的不确定度进行了分析且对数值计算结果进行了验证。证明了该数值计算的可靠性,并发现数值计算结果与试验结果很接近,验证了该数值计算方法的可行性,说明该数值计算方法和试验可为潜艇上浮运动的研究提供参考和借鉴。     

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。     

潜艇作战指数计算研究

潜艇的作战指数是反映其综合作战能力的效能指标,由于传统的作战指数计算方法在实际应用中操作难度较大且横向可比性不高,提出了一种由已知的潜艇作战指数推算待求的潜艇作战指数的较为简便的新方法,即采用层次分析法确立潜艇作战能力的因素集和权重集,运用拓展的灰色关联法求得所选潜艇的灰色关联度,利用已知的作战指数和所求的关联度通过数值分析建立两者的函数关系,并由此推算出待求的作战指数.以攻击型潜艇对水面舰艇作战指数为例,求取潜艇作战指数.     

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。     

潜艇概念设计阶段的多目标优化研究

研究了潜艇在概念设计阶段的多目标优化问题。基于多目标遗传算法(MOGA),把潜艇航速和排水量这两个概念设计阶段的重要属性作为目标函数,考虑了浮力平衡和水下稳性等约束条件,研究了潜艇主尺度确定的问题。计算了一个潜艇概念的数值算例,给出了多目标优化问题的Pareto前沿。文中给出的方法能够快速求解多目标优化解,为实际的潜艇设计提供参考。     

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。     

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。     

潜艇承载力分析和动力抗沉操纵方法研究

在分析潜艇受力的基础上,根据潜艇的操纵规则,给出承载力的计算方法,分析了影响潜艇承载力的因素,设计了一套用于指导潜艇动力抗沉操纵的承载力图谱.以某一假想潜艇为例,说明了承载力图谱的绘制和使用方法.     

阻抗测试的采样数值算法

提出一种用于阻抗测量的算法———采样数值算法 ,这种算法是将激励信号和阻抗产生的响应信号通过同步采样技术转换成数值序列 ,将响应数值序列在由激励数值序列构成的正交坐标系中分解 ,得到响应数值序列的同相分量和正交分量 ,求出测试阻抗的参数值。这种阻抗测试的算法 ,具有独特的优点 ,不产生原理测量误差 ,测量精度高     

非线性边值问题的一种高精度计算模型

讨论非线性边值问题的一种高精度计算模型 .利用积分值将边值问题转化为形式初值问题 ,构造了一类四阶精度的计算格式 ,证明了收敛性 .通过算例表明该方法收敛速度高 ,计算量小 .     

迎风格式在接触间断的数值耗散及其诱导误差

在不同流场参数条件下对三种迎风格式在接触间断中的数值耗散问题进行了数值实验,并对数值耗散产生的机理进行了分析。数值计算结果和理论分析表明,矢通量分裂格式计算接触间断问题时,若流场静止或流场内存在亚声速区域,密度耗散的产生会诱导出以特征速度运动的数值扰动误差,该误差对数值耗散的大小无影响,但会影响流场的速度及压力参数分布,从而改变流场的结构。在二维问题中,诱导误差相互干扰会产生大量的复杂小尺度结构,给流场结构分析带来困难。同时,在密度参数线性分布的流场中,若空间离散格式重构的对象为对流通量,使用矢通量分裂格式计算流场会产生数值误差,使计算精度难以到达二阶。     

数值许瓦尔兹－克力斯托夫变换与数值高斯－雅可比型积分

本文研究的主要内容是数值许瓦尔兹─克力斯托夫变换和它所涉及的数值奇异积分问题。利用牛顿─拉夫森迭代法导出了求解许瓦尔兹─克力斯托夫变换各个参数的数值过程。为了提高奇异积分精度,本文对数值高斯─雅可比型积分进行了研究,并用该积分方法对数值许瓦尔兹─克力斯托夫变换公式中出现的奇异积分进行了计算,取得良好结果。本文最后给出了示例,进行了验算。     

用多重网格TVD方法求解三维高超音速粘性流场

本文采用时间相关法求解了三维Ｎ－Ｓ方程。在计算中，对于压力和对流项采用Ｒｏｅ的通量差分分裂技术和Ｏｓｈｅｒ－Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ的ＴＶＤ格式，对于粘性项，采用了中心差分格式。通过数值模拟得到了钝头双锥体高超音速层流流场在不同攻角下的数值解。计算的重点放在壁面热流率的预测。在攻角为４°和１２°的状态下，Ｓｔａｎｔｏｎ数的计算值与实验值进行了比较，二者吻合较好。为了加快收敛速率，计算时采用了多重网格方法。     

三维高超音速干扰流场数值模拟与实验验证

采用Osher Chakraverthy的TVD格式、Baldwin Lomax湍流模型和LU SSOR隐式方法求解了完全NS方程 ,数值模拟了三维高超音速绕流与横向喷流干扰流场。并在高超音速炮风洞中开展了喷流实验研究 ,对该喷流流场的数值计算结果进行实验验证     

复杂线型小水线面双体船兴波阻力数值计算方法研究

将分段幂多项式拟合方法与线性兴波阻力理论相结合,提出一种针对复杂线型小水线面双体船的兴波阻力数值计算方法,该方法应用于常规小水线面双体船的兴波阻力计算,表明该方法能在常规的幂多项式拟合方法的基础上进一步提高计算精度,同时也验证了该方法的正确性,将该方法的计算结果与复杂线型小水线面双体船剩余阻力的试验结果相比,两者吻合较好,证明了该方法用于复杂线型小水线面双体船的兴波阻力计算是可行的。     

Numerical and experimental study on the response characteristics of warhead in the fast cook-off process

The response characteristics of the warhead under thermal stimuli conditions are important to the safety improvement. The goal of this study is to obtain data on the warhead in the fast cook-off process. In this paper, a numerical calculation method is proposed, whose reliability is supported by comparison with experimental results. Through the numerical calculation, the temperature distribution, temperature change, and ignition time are acquired. The numerical results show that the ignition time is 76 s after the warhead started to burn and that the maximum temperature of the explosive's outer surface is 238.3 C at the ignition time. The fast cook-off experiment of the warhead is implemented so as to get the flame temperature and reaction grades that are not available through numerical calculation. The experimental results show that the overpressure fails to reach the preset minimum value which is equivalent to 6 kg of TNT and that the reaction grade is deflagration. The research results have reference value for the design of the warhead and the reduction of detonation risks.     

破片侵彻多层间隔铝靶的试验及数值模拟研究

对破片侵彻多层间隔铝靶进行了试验和数值模拟研究,获得了破片在不同速度、不同侵彻角时破片的侵彻深度,在此基础上利用拟合的方式建立了计算公式,并将数值模拟结果和计算公式的计算结果进行了对比,结果表明两者吻合较好,所建立的计算公式可靠。     

一种精确积分的四边形四结点等参单元

针对平面问题四边形四结点单元，提出一种新的等参变换方法。采用平行四边形母单元和相应的形函数，推导出四边形四结点等参单元刚度矩阵的精确积分解。理论和数值分析表明，该方法从根本上克服了数值积分带来的误差，计算单元刚度矩阵的速度比传统的高斯两点积分方法快近三倍。