潜艇指挥台围壳对阻力和伴流场影响数值研究

采用Reynolds平均Navier-Stokes(RANS)方法计算潜艇三维粘性流场,分析潜艇指挥台围壳对潜艇水动力性能的影响。采用全附体SUBOFF模型验证了CFD方法,通过将螺旋桨盘面处的实效伴流场、艇体表面压力分布以及模型总阻力的模拟结果与Taylor船池的实验结果进行对比。比较结果显示CFD计算结果与实验数据具有很好的一致性,表明CFD方法可以用于潜艇指挥台围壳设计的水动力计算。通过数值计算研究指挥台围壳的高度和在艇上的分布位置对其后方的流场、螺旋桨盘面处的伴流场和阻力的影响。

潜艇主艇体三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型、边界条件对SUBOFF模型主艇体的七种网格模型进行了三维粘性流场数值模拟。将计算所得的艇体表面的压力系数和壁面剪应力系数沿艇长的分布与有关文献的试验结果进行了比较,并以曲线的形式展现出来。分析了湍流模型、边界条件和y+值范围对潜艇主艇体三维粘性流场数值计算结果的影响。

基于L-M贝叶斯正则化方法的BP神经网络在潜艇声纳部位自噪声预报中的应用

基于L-M贝叶斯正则化方法使BP神经网络在推广能力、收敛速度和逼近精度上能够获得很大的提高。文中将BP神经网络和L-M贝叶斯正则化算法相结合用于潜艇声纳部位自噪声预报。分析了影响声纳部位自噪声的各种参数。利用潜艇声纳实测数据进行网络训练,训练好的神经网络可以对潜艇声纳部位自噪声进行精确预报。

基于BP神经网络与L-M算法的潜艇声纳自噪声预报

L-M(L evenberg-M arquart)算法与BP(B ack-P ropagation)神经网络相结合,使神经网络在多样本、大变量输入的情况下,具有更快的收敛速度和更高的逼近精度。将BP神经网络与L-M算法相结合应用于潜艇声纳自噪声预报;分析了影响潜艇声纳自噪声的各种声源参数;利用潜艇声纳实测数据进行网络训练,训练好的神经网络可以对潜艇声纳自噪声进行精确预报。

潜艇实艇阻力预报方法研究

分析潜艇阻力预报的方法和特点,采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟,将低雷诺数条件下的计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性;通过对计算结果的分析,获得潜艇粘压阻力系数随雷诺数变化的规律,对潜艇实艇阻力预报提出一些建议。

全附体潜艇三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型和网格形式对SUBOFF全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将计算所得的艉部伴流场同有关文献的试验结果进行比较,并以伴流分数对周向角的曲线形式展现出来,分析了湍流模型、艇体周向网格节点间距和y+值对全附体潜艇三维粘性流场数值计算结果的影响.

用数值计算方法分析潜艇计程仪测速误差

介绍潜艇水压式计程仪的使用原理和方法,分别对SUBOFF潜艇在水面和水下两种航行状态进行了三维粘性数值模拟,获得潜艇计程仪相关部位的流场信息,利用这些信息仿效计程仪的测速过程,得出潜艇水压式计程仪"水上标定,水下用"将会使潜艇测速结果低于实际航速的结论。

基于雷诺应力方程模型的全附体潜艇尾部伴流场三维粘性数值计算

采用Reynolds应力方程模型求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,对SUBOFF全附体模型的尾部伴流场进行了三维粘性数值模拟,将计算的潜艇尾部伴流场同有关文献的试验结果进行了比较,计算结果同试验结果具有很好的一致性。结果表明,Reynolds应力方程模型在潜艇的流场计算中特别是在对潜艇的尾部伴流场的计算方面具有很好的应用价值和发展前景。

通风模式对住舱人员咳嗽液珠扩散过程的影响

针对邮轮上呼吸道疾病发病率高及缺乏相关定量研究的现状,采用计算流体力学方法分析了游客在密闭住舱内因为咳嗽产生的液珠在空气中的传播扩散过程,对空气流动采用非定常雷诺平均纳维—斯托克斯方程求解,对液珠扩散采用欧拉模型求解,计算工况考察了改变通风模式和加大通风量等方式降低液珠浓度的控制效果。研究结果表明:加大通风量在置换通风模式比混合通风模式下可更好地控制液珠的扩散,混合通风模式需要3次换气才能把住舱内的液珠基本排空,而置换通风模式仅需2次换气,且住舱内液珠平均浓度的下降服从指数分布。此外,游客睡姿对呼吸区域内液珠浓度峰值和吸入剂量有较大影响。

水动力噪声计算方法综述

准确量化评估水动力噪声,对研制反潜水面舰船、安静型潜艇和隐身鱼雷等高性能航行体具有重要意义。由航行体型线变化、表面曲率不连续和各种扰动引起的三维非定常外流场是航行体水动力噪声的源场。分述航行体表面湍流边界层、空腔振荡、空化和粗糙度诱发水动力噪声的机理和研究进展。在分析水动力噪声数值预报难点的基础上,综述流体动力噪声计算方法研究进展。着重比较在航行体水动力噪声工程预报方面有较好前景的3种方法:声类比法、粘声分离法和声边界条件法。

不可压缩空腔流的振荡模式

采用二维大涡模拟方法进行了空腔水流场的数值计算,考察空腔前缘动量损失厚度及来流速度等因素如何影响空腔流的振荡,同时考察了空腔长深比与空腔流振荡模式的关系.用空腔水流场的粒子图像测速测量结果验证了数值计算的可信性.结果表明,空腔水流是否发生振荡取决于壁面摩擦速度.瞬时涡结构和空腔阻力系数2个方面的特征显示空腔水流场有2种典型的振荡模式,剪切层模式与尾流模式,确定振荡模式的关键因素是空腔长深比.

水下航行体回转水动力数值计算研究

准确预报水动力对水下航行体的安全操纵设计而言至关重要。基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用相对运动理论及运动叠加原理,并对控制方程中向心力源项空间离散误差进行修正,预报水下航行体做单平面回转运动的受力及力矩。在Re=11.7×106条件下,力和力矩预报精度的偏差在12%以内,表明所采用的数值预报方法有效、可行,具有较好的工程实用价值。

水下航行体的改进S面运动控制器

为研究水下航行体的纵向速度对其余自由度运动所产生的影响及其自身所承受的静力学作用,在分析水下航行体运动模型的基础上,提出了一种改进S面运动控制器。该控制器不仅保留了常规S面控制器参数易于调整且结构简单的优点,同时还克服了常规S面控制器在水下航行体高速航行时运动控制效果差的缺点。引入李雅普诺夫函数对该控制器的稳定性进行分析,并将该控制器成功应用于水下航行体的运动控制。将改进S面运动控制器与常规S面控制器的试验结果进行对比,结果表明:改进S面运动控制器在水下航行体的运动控制方面具有可行性及有效性。

桨-舵间距和雷诺数对潜艇尾部伴流场均匀性的影响研究

采用Realizedk-ε湍流模型求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,对SUBOFF全附体模型在低雷诺数和高雷诺数条件下的三维粘性流场分别进行了数值模拟,研究了桨-舵间距以及雷诺数对螺旋桨盘面伴流场的影响。计算结果表明:适当的加大桨-舵间距对提高潜艇尾流场的均匀性有显著的效果;桨-舵间距对潜艇桨盘面伴流场均匀性的影响在潜艇的低雷诺数状态和高雷诺数状态具有同样的规律。

基于参数化船模的静水力计算

船舶静水力要素全面表达了船舶浮性和稳性随吃水而变化的规律,能够综合反映船舶的静力性能。传统的二维计算方法过程较为繁琐,且计算结果精度受横剖面个数的影响。本文应用数学型线法和三维参数化建模方法,快速生成船体型线,精确构建附带属性和边界条件的船舶三维模型,通过对CATIA软件进行二次开发,将三维设计和静水力计算有效集成,提出基于船舶三维参数化建模的静水力计算方法,可以直接计算和获取其静水力要素,操作简单,结果可靠,具有较强的实用性。

湍流模型和网格分布对水下航行体回转水动力数值计算的影响

针对水下航行体安全操纵设计的关键环节水动力预报,用FLUENT求解不可压缩RANS方程,采用定常旋转运动坐标系,运用相对运动理论和运动叠加原理,计算RNG k-ε,可实现k-ε和SST k-ε等3种湍流模型以及不同网格分布对水下航行体做单平面回转运动所受垂向力和纵倾力矩,并与试验结果比较.结果表明在Re=11.7×106条件下,垂向力和纵倾力矩预报精度较高.该数值预报方法可行、有效,具有较好的工程实用价值.

潜艇混合制航行优化设计及特性研究

混合制航行工况是现代常规潜艇的主要航行方式,其主要表征指标为混合制暴露率和平均航速。在混合制总续航距离、总续航时间以及柴电机组额定功率给定的条件下,运用序列二次规划算法,计算在不同假定航行周期下,满足蓄电池组充放电平衡要求的暴露率最低和水下航速最大的航行方式,并分析了通气管航速、暴露率以及耗电能量与电池总能量的比值随水下航速变化的关系特性。结果表明提高水下航速有利于潜艇机动性的提升,但会增加潜艇潜在危险性。所得关系曲线可为潜艇在不同航行工况下制定充电计划提供参考。

水下航行器的尾流场测试误差分析

采用Realizedk-ε湍流模型求解Reynolds平均Navier-Stokes方程,对SUBOFF全附体模型分别在风洞和水池试验条件下的尾部伴流场进行了三维粘性数值模拟,计算结果同试验结果具有很好的一致性,对两种试验条件进行模拟所得的结果是完全一致的.计算结果表明,在风洞和水池进行水下航行器尾流场试验所获得的结果差异主要是由于测试误差引起的.

基于前缘凸结的推进泵叶片空化控制研究

为抑制推进泵空化不稳定引起的振动、噪声等危害,采用仿座头鲸鳍状肢前缘凸结的方法对推进泵叶片空化进行控制,通过水洞实验和数值模拟对前缘凸结的空化控制效果和机理进行了研究。结果表明,与原型泵相比,本文设计的仿生泵扬程得到了提升,且其效率损失小于2.5%;该仿生泵的前缘凸结会诱发涡结构,使叶片表面适度湍流化,造成空化区域的展向发展受到限制,空泡稳定性得到提高,但其也会导致波谷处存在低压区,造成仿生泵空化初生提前。总体来说,前缘凸结可以有效控制空化脱落和不稳定脉动,但凸结结构参数有待进一步优化以延缓由于波谷处局部压力较低而引发的空化初生提前。

雷诺数对潜艇粘压阻力和尾部伴流场影响的数值计算研究

采用数值计算方法对SUBOFF潜艇的主艇体模型和全附体模型在不同雷诺数条件下进行三维粘性流场数值模拟。将低雷诺数条件下的计算结果与试验结果进行比较,验证计算方法的可靠性;利用数值计算技术分析潜艇工程设计和试验中出现的问题,包括潜艇实艇阻力预报方法研究和雷诺数对潜艇尾部伴流场的影响研究。