潛艇水動(dòng)力計(jì)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(tái)、尾翼附近的流動(dòng),以及艇身周?chē)睦@流場(chǎng)都是相當(dāng)?shù)湫偷娜S主/附體流動(dòng)現(xiàn)象.這類(lèi)流動(dòng)不僅具有復(fù)雜的流動(dòng)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(dòng)力的計(jì)算,以及在合理確定主附體相對(duì)位置及連接形式基礎(chǔ)上的水動(dòng)力性能優(yōu)化便顯得格外重要.實(shí)現(xiàn)該目的以前主要依靠試驗(yàn),但由于試驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高,因而,急需一種更為經(jīng)濟(jì)的途徑來(lái)加快研究進(jìn)程.目前,CFD軟件以其模擬復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象的強(qiáng)

2、大功能、人機(jī)對(duì)話的界面操作以及直觀清晰的流場(chǎng)顯示得到了人們的廣泛關(guān)注,其發(fā)展在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了工業(yè)界和政府部門(mén)的大力支持.借助CFD軟件這一開(kāi)發(fā)平臺(tái),研究人員可以避免編程方面繁瑣沉重的重復(fù)勞動(dòng),從而加快工作進(jìn)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(duì)潛艇繞流的粘性流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬.首先針對(duì)一模型艇和帶指揮臺(tái)的水滴型潛艇采用前處理軟件GAMBIT建模、FLUENT求解器進(jìn)行計(jì)算,分別得出它們?cè)诓煌窍逻\(yùn)動(dòng)的升沉力系數(shù)和

3、直航時(shí)表面壓力分布,并與試驗(yàn)及其它理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照,證明了FLUENT軟件解決此類(lèi)問(wèn)題的有效性.接著,為了探討CFD在潛艇操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用能力和預(yù)報(bào)精度,針對(duì)作操縱運(yùn)動(dòng)的主體和帶附體的全艇體,在一定攻角和漂角下的水動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算,取得了工程上較為滿意、實(shí)用的精度,為解決潛艇操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力預(yù)報(bào)的困難做出了有益的探索.為考察潛艇附體與主體的相對(duì)位置對(duì)水動(dòng)力的影響,分別建模計(jì)算了指揮臺(tái)圍殼相對(duì)于主艇體處于六種不同位置情況下的水動(dòng)

4、力及艇尾漿盤(pán)面處軸向速度等值線分布,逐一比較后得出一種水動(dòng)力性能相對(duì)較佳的指揮臺(tái)圍殼相對(duì)位置.由于尾部螺旋槳是潛艇噪聲的主要來(lái)源之一,且螺旋槳所處區(qū)域的流場(chǎng)均勻程度與其產(chǎn)生的噪音直接相關(guān).因此,對(duì)潛艇尾部流場(chǎng)的研究就顯得相當(dāng)重要.本文從實(shí)際情況出發(fā),對(duì)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(duì)尾部流場(chǎng)的影響展開(kāi)研究,通過(guò)計(jì)算比較各種連接形式下螺旋槳盤(pán)面處的流場(chǎng)分布,得出了一種較佳的連接形式.誠(chéng)然,附體與主體的相對(duì)位置及連接

5、形式對(duì)潛艇水動(dòng)力有著重要影響,但主附體的合理配合,對(duì)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(kāi)發(fā)表的一些潛艇資料,在建立潛艇型值數(shù)據(jù)庫(kù)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(kāi)發(fā)了潛艇(主體)型線生成的計(jì)算機(jī)程序,可以通過(guò)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(kāi)發(fā)應(yīng)用NURBS方法計(jì)算優(yōu)化潛艇水動(dòng)力的程序奠定了良好的基