潛艇操縱運動水動力數(shù)值研究.pdf

1、海洋資源的開發(fā)和利用對潛水器的操縱性提出了更高的要求，因此有必要對潛水器的水動力導數(shù)的數(shù)值預報方法進行研究。由于SUBOFF潛艇的試驗數(shù)據(jù)最為全面，已成為驗證數(shù)值方法的標準算例，所以本文采用FLUENT軟件對SUBOFF潛艇操縱運動進行數(shù)值方法研究。
　　首先，本文對SUBOFF潛艇進行了直航試驗的數(shù)值模擬。通過對SUBOFF裸艇體直航試驗的數(shù)值模擬，研究了流場介質(zhì)和溫度對計算結(jié)果的影響，計算結(jié)果表明，溫度每升高3攝氏度，計算結(jié)果

2、約減小1％；相同溫度下，以海水為介質(zhì)比淡水為介質(zhì)的計算結(jié)果約大3%。因此，選擇與試驗條件下相同的溫度的介質(zhì)是計算可靠的重要一環(huán)。
　　通過對SUBOFF裸艇和全附體進行直航試驗的數(shù)值模擬，分析了Standard k-ε和RNG k-ε湍流模型的適用性。從數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比來看：Standard k-ε比RNG k-ε模型更適合裸艇直航試驗的數(shù)值模擬；RNG k-ε比Standard k-ε模型更適合SUBOFF全附體直航試

3、驗的數(shù)值模擬。湍流模型適用性的結(jié)論對斜航試驗的數(shù)值模擬具有指導意義。通過直航試驗的數(shù)值模擬，驗證了網(wǎng)格及數(shù)值方法的可靠性，為斜航試驗和旋臂試驗的數(shù)值模擬打下了很好的基礎(chǔ)。
　　其次，本文對SUBOFF潛艇的斜航試驗進行了數(shù)值模擬。通過對SUBOFF裸艇斜航試驗的數(shù)值模擬，分析了Standard k-ε和RNG k-ε湍流模型對航速為4.5kn和6.5kn的數(shù)值計算結(jié)果，通過與試驗結(jié)果的對比表明，對航速為4.5kn時的數(shù)值模擬結(jié)果比

4、航速為6.5kn更接近試驗值；用Standard k-ε湍流模型模擬裸艇體斜航試驗比RNG k-ε湍流模型更加準確，驗證了直航試驗湍流模型適用性的結(jié)論；在航速為4.5kn時，采用Standard湍流模型模擬裸艇斜航試驗的誤差為在8%以內(nèi)，能較好的滿足工程預報的要求。
　　采用RNG k-ε湍流模型，航速為4.5kn進行了B.H.+Sail和B.H.+4 Planes這兩種情況的斜航試驗數(shù)值模擬。對不同漂角斜航時所受的阻力、橫向力和

5、轉(zhuǎn)首力矩進行了預報。與試驗的對比結(jié)果表明：對B.H.+ Sail斜航試驗的數(shù)值計算誤差在8%以內(nèi)，能較好的滿足工程預報的要求； B.H.+4 Planes斜航試驗的數(shù)值計算誤差在11%以內(nèi)，滿足工程預報的要求。
　　隨后，本文通過旋轉(zhuǎn)坐標系方法（SRF）對裸艇旋臂試驗進行了數(shù)值模擬，計算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)首力矩的旋轉(zhuǎn)導數(shù)與試驗值的誤差為52.5%，工程預報精度較低。
　　最后，本文以結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格為基礎(chǔ)，采用基于UDF的添加動量源項法