原文传递
潜艇水动力尾迹特性与改善措施研究
| 论文题名： | 潜艇水动力尾迹特性与改善措施研究 |
| 关键词： | 潜艇;尾流场;水动力尾迹;自由表面波;几何形态 |
| 摘要： | 潜艇在海洋的密度分层及其附近潜航时，扰动诱发的尾流场水动力尾迹具有易被探测的显异特征。研究潜艇在分层流体中的尾流场及海表自由面特征的发生机理，寻求相应的尾迹控制手段，对潜艇非声隐身性能的发挥具有重要的研究意义。 基于计算流体力学原理，借助数值仿真方法，复现了Taylor水池卵形体拖曳试验，将数值计算结果与同速度下该模型的拖曳试验兴波数据进行比对，验证了湍流模型、壁面函数及相关参数设置对自由面尾迹捕捉的有效性和准确性。为更全面地分析海洋分层流中潜艇运动的尾迹特征，考虑表面兴波坡度与遥感散射特性的数学关系，提出了基于不规则波分解原理的海表尾迹频谱分析方法。该法能够有效分离潜艇运动诱发的自由面兴波的不同频率和相位组成成份，结合时域波型分析方法，多角度考察海洋分层环境、艇体构型等因素对潜艇尾迹隐身性能的优劣影响。并围绕典型海洋分层环境状态，利用VOF多相流模型，实现了流体的强分层状态环境，联合能量守恒方程，构建了基于温度的异重流模型，实现了流体的连续分层状态环境和含线性跃层的混合分层状态环境。 在以上验证、采用的数值模拟、谱分析方法，建立的分层状态环境模型的基础上，以Suboff模型为母型，开展了不同分层状态环境中实尺度潜艇水下航行诱致海表尾迹的时空演化规律和几何形态变化特征数值研究。依据国内外多型潜艇的航行参数范围及艇体尺度特征，研究了强分层环境中潜艇潜深、航速等主要航行参数对内界面波和自由表面波的时间、空间形态演化特征的影响;探究了艇长、艇径等艇体主体形状参数对体积效应扰动所致的内界面波和自由表面波几何形态的变化规律，揭示了其对潜艇尾迹控制性能的影响优劣。为潜艇等水下潜航体诱发的水动力尾迹特征提供了多维度的预报，为主型体设计的优化方案和规避策略提供了新角度的参考。 最后，考察了附体配置方案对内波尾迹及海表尾迹特征影响的耦合作用机理，对比了十字舵与X型舵的尾迹控制性能差异，获取了有效控制尾迹的尾舵技术方案。针对指挥台围壳的布局及其构型设计等方面，提出了弱化乃至抑制潜艇海表尾迹的可实现技术措施。 |
| 作者： | 杨哲超 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 丁勇;王影东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
