附体对潜艇兴波尾迹的影响分析

基于RANS(雷诺时均)方程和Realizable k-ε湍流模型,采用Simple算法求解压力-速度耦合项,建立了求解水下潜体兴波阻力的数值模型,并对潜艇近水面航行时的兴波特征进行了模拟.首先进行了网格及时间步长的收敛性验证,并验证了本数值模型的准确性.接着计算了SUBOFF潜艇在裸艇工况下以不同潜深航行时的兴波阻力,并针对特定潜深研究了潜艇在不同附体工况下以不同航速航行时的兴波特性.研究表明:当潜艇在弗劳德数为0.5附近时,兴波阻力系数最大;当潜深接近1/2艇长时,兴波阻力系数接近0;当单独存在尾翼附体时,会产生较大的兴波,驾驶舱与尾翼附体同时存在则会减少该影响;潜艇表面形状的突变会产生较大的压力变化.     

Rankine源Dawson型方法求解三体船兴波阻力

提出将Dawson型兴波阻力理论计算方法用于求解三体船兴波阻力,按Dawson型兴波阻力理论计算方法对三体数学船型和三体方尾船型兴波阻力进行了理论计算,将兴波阻力理论计算结果与剩余阻力模型试验结果进行了比较,验证了Dawson型兴波阻力理论计算方法适用于三体船型兴波阻力理论预报,在中低速区间本方法较线性兴波阻力理论方法的计算结果有改进,并据Dawson型方法兴波阻力理论计算结果分析了三体船阻力特性和线性兴波阻力理论计算结果误差原因.     

三体船升沉和纵倾计算及其对兴波阻力的影响

基于三维Rankine源方法迭代计算三体船静水航行时的兴波阻力、升沉和纵倾.计算过程中采用NURBS曲面表达船体,根据迭代计算得到的升沉和纵倾确定船体平均浸湿表面,并用铺砌法对其进行全四边形网格划分,计算三体船及其中体的兴波阻力、升沉和纵倾.计算结果与试验结果比较表明,所提方法能够较准确地预报三体船静水航行升沉和纵倾,且考虑升沉和纵倾后,三体船兴波阻力数值计算精度有明显改进.     

几种千吨级高性能船型阻力性能对比

为对千吨级圆舭船、深V船、穿浪双体船、三体船型阻力性能进行对比分析,采用Noblesse改进新细长体兴波阻力理论,并考虑基元波波陡限制,计算各船型兴波阻力,试验结果验证了该数值计算方法的有效性.计算了等排水量的上述船型的兴波阻力和总阻力,给出了各船型阻力性能特点和航速适用范围.     

潜体近水面航行兴波阻力计算

基于格林定理,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了潜体近自由面航行的兴波阻力,构建了一种在时域中求解兴波阻力的计算方法.该方法是时域算法,其特点是从初值开始,利用非定常的自由面条件,通过时间步进迭代而逐步达到稳态.这种求解模式对于定常和非定常问题都适用.文中确定了计算模型和参数,数值计算结果与试验结果对比,证实了本方法是一种可行、可靠的时域算法.     

基于高精度Boussinesq方程的数值模拟潜艇尾迹

基于高精度速度势布西内斯克(Boussinesq)方程的三维数值波浪水池模拟潜艇在水下航行过程中自由表面波浪形态变化.三维数值波浪水池采用高精度Boussinesq方程模拟波浪传播和衍化过程,造波区域采用流函数理论产生线性与非线性波浪,消波区域采用人工阻尼函数消除波浪反射.通过对称轴水平面将DARPASUBOFF潜艇模型分割为上下两部分,模型上部固定于数值水池水平底部,视为底部隆起.基于流函数生成规则行进波进而模拟潜艇在水下航行时形成的尾迹.数值计算结果给出伯努利水丘和开尔文波水动力尾迹特征.结果表明:该方法是有效的;相对于传统黏性流体计算方法,在同等计算精度的前提下,该方法效率更高.     

穿浪双体船阻力性能预报与模型实验分析

对自行设计开发的大型穿浪双体船WPC96(1 800 t级排水量)的阻力性能进行了理论预报与实验分析研究.将Michell积分推广为一般双体船兴波阻力计算公式,利用Michell积分的复积分形式进行数值编程计算,对该穿浪双体船船型在一定速度范围内的阻力性能有较高理论预报精度.在此基础上,通过改变片体间距,在理论计算和实验观测基础上研究了穿浪双体船两个片体间的兴波干扰.计算所得到的结果与实验数据基本吻合,证明该方法可以应用于穿浪双体船的阻力性能预报.     

高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究

为了研究水下无人航行器（unmanned underwater vehicle,UUV）的外形因素对阻力性能的影响,利用计算流体力学方法对不同航行器外形展开阻力预报及分析。对于水下高速UUV而言,优异的阻力性能对UUV的航速和续航能力的提升都是至关重要的。针对某高速UUV的减阻需求,首先结合SUBOFF标准模型进行了阻力特性数值预报,与试验数据对比验证了预报方法的适用性;在此基础上,模仿鲨鱼和海豚的外形特征设计了2种UUV水动力外形构型,针对2种外形构型分别预报了带有不同附体构型的阻力特性,得到了一种相比SUBOFF艇形具有明显减阻效果的UUV水动力外形。研究对低阻型高速UUV的外形设计具有一定的参考价值。     

近水面潜航体的长径比对海表尾迹的时频域影响

为探究潜艇长径比对海表尾迹特征的影响,构建与实艇尺寸相当且长径比各不相同的主艇体模型,采用计算流体力学(CFD)方法模拟其近水面匀速潜行时产生的兴波尾迹,并对时域空间尾迹信号进行二维快速傅里叶变换(2D-FFT),获取尾迹信号的功率谱密度(PSD)分布图．同时考虑实际海水密度稳定层化背景,结合分层流内波的模态分析理论,有效分离海表尾迹的内波成分．研究表明：当近水面航行时,分层效应影响较小,产生的尾迹波谱密度值约占海表尾迹波系的1%,而尾迹波系的首、尾横波能否发生有利干扰相较于艇体排水量的差异对自由面兴波尾迹的时域和频域特征影响更大;当首尾兴波均发生有利干扰时,长径比较小的艇型海表尾迹的高频波成分占比相对较小,在排水量增大的同时,仍具有较好的尾迹隐身性能．     

考虑自由表面的组合拖曳体阻力计算与设计优化

拖曳体作为一种水下设备,主要用于水下探测、海底地形勘探.其可以按照具体的需求进行设计,故拥有较强的实用性.组合拖曳体具有多个单体,结构复杂,相互干扰之下使得兴波阻力难以计算.因此以一种拥有水上部分的大型组合拖曳体的设计为背景,借助模型拖曳阻力试验,基于CFD理论,使用Star CCM商业软件,配合笛卡尔网格的离散形式,对水面拖曳体的阻力进行计算.通过与试验阻力值的对比,验证了数值算法的准确性.同时,基于计算结果及设计约束条件,对拖曳体结构外形进行优化,并使用数值方法进行了计算,计算结果表明优化后的拖曳体总阻力值有25%的下降.