潛艇水動力計算及型線生成研究.pdf

1、潛艇是一種帶附加翼和突出體的復(fù)雜三維幾何體,其指揮臺、尾翼附近的流動,以及艇身周圍的繞流場都是相當?shù)湫偷娜S主/附體流動現(xiàn)象.這類流動不僅具有復(fù)雜的流動分離結(jié)構(gòu),而且常常不穩(wěn)定,也是噪聲發(fā)生的主要區(qū)域.因此,潛艇水動力的計算,以及在合理確定主附體相對位置及連接形式基礎(chǔ)上的水動力性能優(yōu)化便顯得格外重要.實現(xiàn)該目的以前主要依靠試驗,但由于試驗周期長、成本高,因而,急需一種更為經(jīng)濟的途徑來加快研究進程.目前,CFD軟件以其模擬復(fù)雜流動現(xiàn)象的強

2、大功能、人機對話的界面操作以及直觀清晰的流場顯示得到了人們的廣泛關(guān)注,其發(fā)展在發(fā)達國家得到了工業(yè)界和政府部門的大力支持.借助CFD軟件這一開發(fā)平臺,研究人員可以避免編程方面繁瑣沉重的重復(fù)勞動,從而加快工作進度,提高研究工作的質(zhì)量和水平.本文即利用商業(yè)軟件FLUENT對潛艇繞流的粘性流場進行數(shù)值模擬.首先針對一模型艇和帶指揮臺的水滴型潛艇采用前處理軟件GAMBIT建模、FLUENT求解器進行計算,分別得出它們在不同漂角下運動的升沉力系數(shù)和

3、直航時表面壓力分布,并與試驗及其它理論計算結(jié)果進行對照,證明了FLUENT軟件解決此類問題的有效性.接著,為了探討CFD在潛艇操縱運動水動力預(yù)報方面的應(yīng)用能力和預(yù)報精度,針對作操縱運動的主體和帶附體的全艇體,在一定攻角和漂角下的水動力進行計算,取得了工程上較為滿意、實用的精度,為解決潛艇操縱運動水動力預(yù)報的困難做出了有益的探索.為考察潛艇附體與主體的相對位置對水動力的影響,分別建模計算了指揮臺圍殼相對于主艇體處于六種不同位置情況下的水動

4、力及艇尾漿盤面處軸向速度等值線分布,逐一比較后得出一種水動力性能相對較佳的指揮臺圍殼相對位置.由于尾部螺旋槳是潛艇噪聲的主要來源之一,且螺旋槳所處區(qū)域的流場均勻程度與其產(chǎn)生的噪音直接相關(guān).因此,對潛艇尾部流場的研究就顯得相當重要.本文從實際情況出發(fā),對潛艇尾翼(包括尾水平翼和方向舵)與主艇體的不同連接形式對尾部流場的影響展開研究,通過計算比較各種連接形式下螺旋槳盤面處的流場分布,得出了一種較佳的連接形式.誠然,附體與主體的相對位置及連接

5、形式對潛艇水動力有著重要影響,但主附體的合理配合,對于優(yōu)化潛艇阻力性能、減振降噪的作用同樣不可忽視.本文根據(jù)公開發(fā)表的一些潛艇資料,在建立潛艇型值數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,應(yīng)用非均勻有理B樣條(Non-Uniform Rational B-Spline,NURBS)方法開發(fā)了潛艇(主體)型線生成的計算機程序,可以通過改變型值,方便地生成不同形狀的艇體,為研究潛艇主附體的合理配合形式,以及開發(fā)應(yīng)用NURBS方法計算優(yōu)化潛艇水動力的程序奠定了良好的基