潜艇操纵性水动力数值计算中湍流模式的比较与运用

湍流模式的选取对潜艇操纵性水动力数值计算精度有着重要影响,采用六种湍流模式计算了SUBOFF主艇体及主艇体加指挥室围壳两种模型在一定漂角范围内的潜艇操纵性水动力,并与试验值进行了比较,结果表明SSTk-ω模型更为适合潜艇操纵性水动力计算。在此基础上对SUBOFF全附体模型在一定漂角和攻角范围内的艇体水动力进行预报计算,并对该计算方法应用于潜艇操纵性水动力预报计算的计算精度与适用范围进行了探讨。

近冰面航行潜艇阻力及绕流场分析

[目的]采用数值模拟方法探究潜艇近冰面航行时的水动力性能。[方法]选取Suboff全附体潜艇模型为研究对象,在STAR-CCM+软件中采用RANS方法,再结合SST k-ω湍流模型和体积分数法计算艇体的水动力性能。然后进行网格无关性验证以及近冰面水动力特性分析的方法验证,以确定计算方法的有效性。[结果]结果表明,潜艇近冰面航行时,潜艇的总阻力系数CT在同一弗劳德数下随潜深的增加而减小,在同一潜深下随弗劳德数的增加而减小;在同一弗劳德数下,当无量纲深度大于1.63时,潜深几乎不影响艇体的阻力系数。[结论]研究表明,潜艇的总阻力系数受弗劳德数以及潜深的影响较大,随着潜深的增大,潜深对阻力系数的影响将逐渐减小。

船舶住舱热环境优化设计分析

[目的]船舶住舱的热舒适性对船员生活与工作有着重要影响,而采用实验研究和传统的数值模拟试算法进行送风参数设计耗时较长,为此,将基于本征正交分解(POD)的逆向设计方法应用于典型住舱的送风参数设计。[方法]选择船舶典型的住舱结构,采用计算流体力学(CFD)方法建立三维数值模型,在获得流场、温度场以及浓度场结果的基础上,结合基于本征正交分解的逆向设计方法,以九人住舱的热舒适性和呼吸区最低污染物浓度作为优化目标进行逆向设计。[结果]结果表明,基于本征正交分解的逆向设计方法可以对多参数、多目标进行逆向优化,相比传统的试算法,其可节约时间90%以上,大幅提高了船舶住舱送风参数的设计效率。[结论]本征正交分解方法是一种高效的船舶住舱设计方法,通过逆向设计,可以得到合适的送风参数设置范围,能够为船舶住舱送风参数的选择提供参考。

基于CFD的潜艇操纵性数值仿真发展综述

潜艇操纵性是潜艇重要的综合航行性能之一,随着计算机能力的提升及计算流体力学理论的进步,基于CFD技术的潜艇操纵性预报已成为当前的研究热点。本文在收集分析国内外潜艇操纵性预报相关文献资料的基础上,分别介绍基于CFD的潜艇操纵性间接预报方法和基于CFD的潜艇操纵性直接预报方法的特点,对近20年来基于CFD方法的潜艇操纵性预报研究的若干热点问题及进展情况进行总结及展望。

基于操纵性的潜艇指挥室围壳外型优化数值研究

潜艇做水平面转向运动时,指挥室围壳处于有漂角的斜流之中,受主艇体与围壳干扰后的流场作用于艇上产生的水动力与力矩,使潜艇常伴随出现另外2个坐标平面上的耦合运动,即横倾、纵倾和潜浮运动,而围壳的高度与外形特征对耦合运动的幅度有直接的影响.文中对一近似常规潜艇模型的指挥室围壳进行优化,得到了低矮化、流线型化的3种围壳模型,采用CFD方法计算比较了这几种模型在漂角β(0,°10°)内与耦合运动有关的水动力性能及表面压力分布,计算表明低矮化、后缘流线型化的围壳能有效降低艇体水平转向时的横倾与纵倾幅度,为潜艇指挥室围壳的外形优化设计提供参考.

附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响

针对SUBX潜艇模型,采用数值计算手段,开展附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响分析。计算表明,附体导致潜艇粘压阻力的显著增加,以及伴流场不均匀性的产生。稳定翼对桨盘面半径内伴流场不均匀性的影响较大,而指挥室围壳主要影响桨盘面半径外伴流场不均匀性。从降低阻力和改善伴流场角度考虑,需开展附体外形、位置及与主艇体连接形式的深入研究。

升力分配系数对螺旋桨正倒车水动力性能影响的数值分析

[目的]基于数值模拟方法研究螺旋桨几何参数对其正倒车水动力性能的影响规律。[方法]以某33000 DWT成品油轮为应用对象,采用RANS方法并结合Realiazable k-ε湍流模型,对与其相匹配的1个图谱桨与3个理论桨在正车前进和倒车后退工况下的水动力性能进行数值仿真,讨论升力分配系数、螺距与拱度组合方式对螺旋桨正倒车水动力性能的影响规律。[结果]结果表明:在正车前进和倒车后退工况下,桨叶剖面螺距对剖面升力的贡献始终为正,拱度的贡献则体现为正负交替,螺旋桨设计时适当增加拱度减小螺距有利于提升其正车前进工况下的敞水效率,反之,采用大螺距小拱度则有利于增大倒车推力。[结论]基于研究结果给出了螺旋桨设计中兼顾考虑其正车和倒车性能的若干建议。

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。

水下动平台条件下欠驱动AUV回收方法

水下环境中,大型UUV可作为搭载平台搭载多台AUV系统以实现其作业能力的扩展。为了解决大型UUV在运动条件下对AUV的回收问题,本文研究AUV三维运动跟踪控制及回收方法。对AUV的运动模型进行分析,提出了相应回收策略。在此基础上,基于AUV模型设计反步控制器,通过李雅普诺夫定理分析了系统的稳定性。仿真结果表明,所提出的回收策略和控制器可成功实现欠驱动AUV的回收三维跟踪控制,为解决UUV在运动条件下对AUV的回收问题奠定了良好的基础。

基于LES的螺旋桨精细流场特性分析与研究

为了研究大侧斜螺旋桨的精细流场,采用有限体积法结合大涡模拟(LES)模型,对E1619螺旋桨的速度场、压力场、涡量场和湍动能场进行不同程度的分析。模拟结果表明:大涡模拟很好地捕捉了尾流涡结构,梢涡互感合并的本质是相邻的下游梢涡将上游梢涡推向尾流轴向速度较高的内半径区域,梢涡与相邻上游梢涡的随边涡符号相同,导致他们相互吸引;近场轮毂涡比梢涡强度更高是因为轮毂涡包含了叶根涡,且其衰减速度更快;外半径湍动能极大值在梢涡处,且梢涡的不稳定现象极大地影响了外半径湍动能的变化,内半径湍动能先减小后增大,其增大原因是梢涡失稳导致轮毂涡振荡产生湍流。

转舵速度函数对舵翼振动辐射效应影响研究

水下机动状态潜艇瞬态操舵噪声日渐突出。本文针对潜艇舵翼在不同的转舵速度函数下振动辐射效应进行研究,研究舵翼结构声辐射频谱特征、声辐射功率、声辐射效率、指向性等声学量与转舵控制函数之间的关系。首先利用Fluent的动网格技术,计算舵翼结构以不同速度函数转动过程中的流固耦合现象及结构响应,然后基于声学计算软件LMS Virtual Lab,用直接边界元法计算辐射声场。仿真结果表明,线性操舵至固定舵角有利于降低舵翼最大辐射声功率。