不同间距和航速下水下航行体近场运动UUV受力分析

为探究不同侧向间距和航速下水下航行体绕流流场对UUV的流体动力干扰规律,以实尺度水下航行体和UUV模型为研究对象,通过数值求解RANS方程,基于重叠网格方法进行水下航行体近场运动UUV的非定常和定常数值模拟研究。首先,简要分析不同侧向间距和航速下UUV作匀速直线运动时轴向力、侧向力和偏航力矩系数随轴向位置的变化规律,在此基础上进一步探讨侧向间距和航速对UUV受力规律的影响并分析二者影响作用的大小。结果表明,对于轴向力,航速和侧向间距均表现出明显的影响,航速的影响作用要略大于侧向间距;而对于侧向力和偏航力矩,侧向间距的影响要远大于航速,航速的影响作用基本可以忽略。

潜艇前置导叶增效降噪试验机理分析研究

本文对潜艇前置导叶的增效降噪机理和在宏观系列模型试验中显示出的效果进行了研究分析。结果表明潜艇前置导叶可调整螺旋桨的入流场 ,获得更好的增效降噪效果 ,具有良好的应用前景。

一种新型潜艇前置导叶螺旋桨的开发和试验研究(英文)

潜艇前置导叶螺旋桨是CSSRC为提高潜艇快速性和降低螺旋桨噪声而开发的一种新装置。它由螺旋桨和安装在尾附体与螺旋桨之间一适当位置上的导叶组成。利用尾附体、主艇体和导叶间的相互作用来调节螺旋桨的来流 ,使螺旋桨的能量损失、不定常力和辐射噪声减小。本研究表明 ,这种新装置可以提高潜艇最大航速0.3～0.5节 ,降低螺旋桨辐射噪声2～4分贝。

孔穴流激噪声的计算与验证研究

流激噪声的预报问题是流体动力声学领域的重点和难点。在气动声学领域,人们对此问题进行了很多探索,而在水声学领域,该问题尚缺乏深入的研究,文章的目的在于初步建立适用于水中流激噪声预报的数值方法。通过大涡模拟(LES)方法和FW-H声学类比方法,计算了两类孔穴的流激噪声问题,分析了声压谱级、壁面压力功率谱、涡量分布等,并利用试验结果对数值预报进行了验证。研究表明,计算结果量级可靠,符合声学一般规律。

潜艇阻力与流场的数值模拟与验证及艇型的数值优化研究

采用求解RANS方程的数值计算方法,结合k-着、RNGk-着与k-棕三种湍流模型,预报了数值方法验证研究用美国DARPA潜艇模型SUBOFF与CSSRC潜艇模型SM-x的阻力与尾流场,并将计算结果与试验结果进行了对比和分析,验证了数值方法的可靠性。然后,利用数值计算手段,对6条潜艇模型的尾流场进行了比较分析,选出了一条桨盘面不均匀度系数最优的艇型,并对指挥台围壳与尾翼进行了加设弧形填角(填角与附体一体化)的设计,数值预报了填角对于尾流场的影响,从涡量角度探讨了填角处的流动机理,结果表明填角能够改善桨盘面的入流品质。对于“木”字型尾翼的尾流场也进行了数值模拟分析。数值优化手段的可行性得到了验证。

三维孔腔流激噪声的大涡模拟与声学类比预报与验证研究

孔腔流动从属于与自持振荡密切相关的一类基本流动。在工业领域中,孔腔流动会引起结构振动与疲劳、噪声的产生与阻力的急剧增加,因而备受关注。文章通过大涡模拟结合FW-H声学类比方法,对于五种不同尺寸的方形孔腔在水中的流动发声进行了数值预报。首先,简要介绍了国际上采用大涡模拟结合声学类比在孔腔流激噪声数值预报方面所做的一些研究;其次,详细描述了所使用的大涡模拟方法、动态Smagorinsky亚格子模型以及FW-H声学类比方法。最后,详细分析了计算结果,包括孔腔中的流谱、孔腔与载体上的涡量分布以及五个孔腔的辐射噪声频谱。将噪声的计算结果与试验结果进行了对比,验证了文中所建立的数值预报方法的可靠性。

带流水孔潜体流场数值模拟

本文通过求解RANS方程,结合PISO算法与k-棕湍流模型,数值模拟了带有两种不同形式流水孔(纵缝式与格栅式)潜体的内外流场。数值模拟给出了流水孔流场的精细结构,计算并分析了潜体各个壁面上阻力成分的大小与成因。计算得到的流水孔阻力增量与试验值吻合较好。对计算结果的分析表明:流水孔引起的阻力增量主要集中在导流板与流水孔壁上;内部空腔壁上的阻力值是可以忽略的小量;涡旋流动主要集中在导流板之间;流水孔阻力系数随雷诺数的增加而趋于一稳定值。计算结果表明,本文中使用的方法可用于模拟流水孔内外流场。

数值拖曳水池与潜艇快速性CFD模拟研究

详细介绍了中国船舶科学研究中心所建立的数值拖曳水池中的潜艇快速性CFD模拟研究。明确了潜艇阻力、流场、自航(艇/桨干扰)水动力以及螺旋桨敞水水动力的计算方法。同时对潜艇快速性算例进行了系统分析,详细给出了数值预报精度。这些算例的计算模型包含15条系列回转体模型、10条系列全附体潜艇模型、SUBOFF潜艇模型、多条供计算验证所用的潜艇模型和螺旋桨模型。文中的研究结果是数值水池的重要组成部分,可资今后潜艇绕流数值计算借鉴与采用。

阻力和流场的CFD不确定度分析探讨

为了解并研究CFD中不确定度分析的整个过程和细节,依照ITTC推荐规程,针对SUBOFF潜艇阻力和流场的数值模拟结果,进行了CFD中的不确定度分析和探讨。数值计算中采用了5套网格,网格加细比rG=2～(1/2)。在此基础上,进行了验证分析,评估了数值误差和数值不确定度,验证过程全部完成。而后进行了确认分析,评估了对比误差和确认不确定度,确认过程全部完成。

船舶螺旋桨低频噪声研究

螺旋桨低频噪声构成了船舶中高速航行时整个辐射噪声中的重要分量。螺旋桨的低频离散谱噪声是由船尾伴流场和叶片的相互作用引起的 ,而低频宽带噪声是由船尾粘性湍流场和叶片的相互作用产生的。利用升力面理论和声学方法得到的离散谱噪声的预报公式 ,对螺旋桨直径、侧斜、纵倾变化对离散谱噪声的影响作了数值计算 ,并得到了工程上有实用意义的结果。在分析螺旋桨低频宽带噪声成因的基础上得到了理论计算方法 ,并作了数值计算。整个方法对船舶螺旋桨噪声预报提供了工具 。

水下航行体壁面脉动压力的大涡模拟研究

湍流壁面脉动压力是重要的水动力噪声源,开展相应的计算与试验研究十分必要。作者在大涡模拟的理论框架下,结合精细网格生成技术,对于水下航行体的壁面脉动压力进行了数值预报。首先,详细描述了所使用的大涡模拟方程与动态Smagorinsky亚格子模型,介绍了离散求解的数值方法。其次,利用大涡模拟计算了SUBOFF模型主体与附体上的表面压力分布,并利用试验结果进行了验证,分析了大涡模拟方法计算定常流动的可靠性。再次,计算了平板的湍流壁面脉动压力,并与CSSRC的消音风洞试验结果进行了对比,分析了大涡模拟方法计算非定常流动的可靠性。最后,对于水下航行体模型主体上三个位置与围壳上四个位置处的壁面脉动压力进行了大涡模拟,得到了脉动压力1/3OCT频谱,分析了频谱高频与低频特性以及衰减特性,并用试验结果进行了验证。研究表明,本文建立的水下航行体壁面脉动压力的数值预报方法是可靠的。

涡判据在孔腔涡旋流动拓扑结构分析中的应用

涡作为一种经典的流动现象目前仍没有严格的数学定义,涡判据是人们识别涡的重要途径。文章对涡的各种判据及其物理意义进行了调研和总结,并将目前较为常用的Q判据和λ2判据应用于二维和三维孔腔流动中涡的识别,并对其拓扑结构进行了分析,得到了有意义的结果。

水下滑翔机水动力性能分析及滑翔姿态优化研究

水下滑翔机是一种新型的无人运载器,具有低阻力、长航程、长续航力特点,其独特的设计显示出了极大的优势。文中采用数值模拟方法计算了不同速度不同攻角情况下水下滑翔机的阻力、升力及对于浮心的俯仰力矩,对其周围流场水动力学性能进行了分析,并通过流场的流动结构研究了受力随滑翔姿态变化的规律。从做功的角度提出了滑翔姿态的优化目标函数,得出水下滑翔机模型高效滑翔姿态角的控制规律。

潜艇水面与水下粘性绕流数值模拟(英文)

本文采用求解RANS方程的方法结合四种湍流模型,对于带有不同附体的SUBOFF模型尾流场进行了数值模拟。数值预报的桨盘面处不同半径上的轴向无量纲速度与试验结果进行了对比,结果表明湍流模型在数值模拟中起到重要作用。潜艇水面航行性能十分重要,因而对于潜艇自由液面绕流的数值模拟备受关注。本文采用VOF方法对于两条潜艇模型在不同傅汝德数下的自由液面绕流进行了数值模拟。计算得到的阻力、波形与试验结果吻合较好。文中也探讨了潜艇自由液面绕流的一般特性。并验证了用CFD手段预报潜艇粘性流场的能力。

基于大涡模拟和Kirchhoff积分方法的孔腔流动发声机理分析

孔腔流动与流激噪声是流声耦合研究领域的重要课题。文章基于大涡模拟方法与Kirchhoff积分,探讨了水中孔腔流动的发声机理。由孔腔流动振荡模态分析可知,在水中较低马赫数情况下,流体共振模态极难存在,故而流体动力振荡是产生孔腔流激噪声的根源,从而揭示了孔腔流激噪声形成的机理。进而又基于Kirchhoff控制面积分与物体壁面积分,辨识了偶极子声源和四极子声源对于流激噪声影响量级以及频谱分布规律,并结合流体动力声源的数学表达、Lighthill应力张量的频谱分析和壁面效应分析,指出了孔腔中涡旋对于流场脉动量声学效应的输运作用是孔腔流激噪声传播的成因,从而揭示了孔腔流激噪声传播的机理。

潜艇近海底与近水面绕流数值模拟研究

采用求解RANS方程的方法,结合RNG k-ε湍流模型,对于某潜艇模型近海底和近水面绕流进行了数值模拟。计算了不同海底深度下潜艇模型的阻力、垂向力和俯仰力矩,也计算了同一海底深度下潜艇阻力随傅氏数的变化,研究表明当海底深度超过二分之一艇长时,海底对阻力的影响可忽略不计。自由液面捕捉采用VOF(Volume of Fluid)方法。计算了不同浸深下潜艇模型的阻力和自由液面波型,同时又研究了同一浸深下阻力和波型随傅氏数的变化趋势。研究表明,当浸深超过三分之一艇长时,自由液面波高迅速减小,自由液面对阻力的影响可忽略不计。计算结果与试验结果吻合较好。

用雷诺应力模型预报不同雷诺数下的潜艇绕流

文章采用求解RANS方程的方法,结合五种湍流模型(k-ε、RNG k-ε、k-ω、SST k-ω、RSM),预报了SUB-OFF潜艇模型两种附体状态下(裸艇体+围壳、裸艇体+尾翼)的尾流场,也预报了SubB潜艇模型全附体状态下的尾流场,并与试验结果进行了对比分析,比较了五种湍流模型的计算精度,结果表明雷诺应力模型(RSM)预报的尾流场与试验最为接近。然后,利用CFD方法探讨了雷诺数对SUBOFF潜艇绕流影响的问题。计算了SUBOFF潜艇在不同雷诺数下的绕流,详细分析了尾流场轴向速度波动图、轴向速度等值线云图、边界层厚度和主附体接合部涡旋结构随雷诺数的变化。

指挥台围壳对潜艇尾流影响的计算研究

基于RANS方程利用SSTk-ω湍流模型计算潜艇尾流场。把围壳划分为进流段与去流段两部分,设计三种新型围壳,并进行数值模拟,采用系列分析方法对尾流品质进行评价。对接合部涡与围壳尾流沿艇体的发展进行了分析。研究表明:光顺过渡的前缘型式较为合理地改变了涡量在桨盘面的分布,有助于改善尾流,光顺过渡的顶部型线可有效抑制梢涡的发生。

带前置导叶桨潜艇自航试验的数值模拟与自航因子预报

本文根据RANS代码,采用移动网格滑移交接面技术对假想的带前置导叶潜艇的自航试验、螺旋桨敞水试验进行模拟,并依据试验结果验证之,发现该方法能够较好地预报螺旋桨推力、扭矩。而后,与潜艇阻力试验相结合,预报潜艇自航因子,通过与试验结果的比较分析,验证了方法的可靠性。

螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析

基于商用RANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型对库存螺旋桨敞水性能进行数值计算,并参考ITTC-CFD不确定度分析推荐规程和基准检验试验数据,对其水动力数值模拟结果进行验证和确认。文中为开展网格收敛性研究,共设计了三套网格,网格加细比为2^(1/2)。同时也分析比较了SST k-ω湍流模型和RNG k-ε湍流模型对网格收敛特性的影响,为螺旋桨敞水水动力数值模拟方法向工程应用方向迈进提供技术支撑。