水下航行体机动兴波尾迹遥感探测概率研究

针对水下航行体执行特定任务时易被敌高空遥感探测器发现的问题,对其兴波尾迹探测概率进行分析。在分析兴波尾迹形成机理的基础上,根据势流理论,运用格林函数对流体的点源问题进行分析,建立水下航行体的兴波尾迹模型;根据海面波浪模型和能量等分法,模拟随机海面提取信噪比,构建水下航行体被高空遥感探测器发现时的暴露概率模型,仿真不同海况、深度、速度条件下被发现的概率,并进行分析。仿真结果表明,该分析对使用水下航行体的作战指挥人员具有指导意义。

密度分层流中浅航艇兴波尾迹分析

为研究由密度差引起的分层流对浅航艇兴波尾迹特性的影响。基于RANS方程,采用Realizable k-ε湍流模型,结合用户自定义函数(UDF)方法建立了用于密度分层流中潜艇兴波尾迹特性分析的多相流CFD模型。采用此模型针对SUBOFF全附体潜艇在密度分层流中不同位置处以不同航速(低速、中速、高速)浅层航行时的水动力性能开展了模拟,分析了航速、航行位置、密度分层等参数对潜艇在各交界面处兴波尾迹以及水质点速度分布特性的影响。研究结果表明:潜艇航速越高,并且距交界面越近,在各交界面上的兴波将越剧烈,尾迹越明显,尤其在中速阶段,潜艇将激起较大的兴波;自由液面与内波面兴波波形区别较大,主要表现为自由液面处兴波前端为波峰而内波面处兴波前端为波谷;内交界面处兴波对各参数的敏感度较自由液面的要低。本数值模型具有较高精度,可为密度分层流中航行潜艇兴波尾迹特征分析提供一种有效的手段;模型给出了潜航艇在不同工况下的航行特征,可为密度分层流中潜艇规避策略的选取提供参考依据。

深水密度层航行潜艇兴波尾迹分析

为研究不同航行参数对深水密度层航行潜艇兴波尾迹特性的影响,基于黏流理论,通过用户自定义函数方式给定各项流体层分布,建立用于密度分层流中水下潜体水动力特性模拟的多相流数值模型。对在深水密度层即内波交界面以下以不同航速、下潜深度航行的SUBOFF潜艇兴波尾迹特性进行数值仿真,并对波切线、水质点速度分布、兴波分布等结果进行分析讨论。研究结果表明:航速对深水密度层航行潜艇兴波尾迹的影响较大,在Fr为0.6附近的中速阶段,潜艇首、尾兴波尾迹最为明显;潜艇下潜深度主要影响自由液面及内交界面处的兴波波幅;与浅水密度层航行潜艇兴波尾迹相比,深水密度层航行潜艇产生的自由面尾迹特征相似,但内波面尾迹会明显不同;交界面上的水质点速度分布随各航行参数的变化与兴波尾迹的变化具有一致性。揭示潜艇在深水密度层这一特殊位置处航行时的兴波尾迹特征,可丰富不同位置处航行潜艇水动力特征分析的手段,并为潜艇的非声探测提供参考。

遮蔽效应对潜艇海面尾迹后向散射影响研究

分析了合成孔径雷达(SAR)探潜对随机粗糙海面特性的应用需求和随机粗糙海面的生成机理,计算了满足Gauss形态相关函数的随机粗糙海面后向散射系数,提出了高海况下考虑海浪遮蔽效应的潜艇海面兴波尾迹的后向散射计算方法。仿真结果表明,海浪遮蔽效应会使海面后向散射降低从而更接近于海面散射的真实值,且其具体降低量与海况等因素有关。

附体对分层流中潜艇水动力特性的影响

为探讨密度分层流中附体对潜艇周围流场及阻力特性的影响,基于雷诺平均方程建立一种用于模拟密度分层流中水下潜体航行特征的计算流体力学模型。采用SUBOFF潜艇模型进行收敛性研究,并与实验结果进行对比验证数值模型的精确性;采用该模型模拟得到加装不同附体工况下的潜艇以不同航速航行时的水动力特性,并结合压力变化分析相关结果产生的原因。结果表明:附体对分层流中潜艇水动力特性的影响与航速高低有关;在弗劳德数为0.5附近,潜艇兴波阻力系数达到最高;附体带来的潜艇表面曲率突变会引起较大的压力变化;所建模型展示了潜艇的航行尾迹特征,并对密度分层流中水下潜体运动问题模拟方法的选取及潜艇附体的优化设计具有一定参考价值。