潛艇操縱運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力數(shù)值研究.pdf

1、海洋資源的開發(fā)和利用對(duì)潛水器的操縱性提出了更高的要求，因此有必要對(duì)潛水器的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的數(shù)值預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究。由于SUBOFF潛艇的試驗(yàn)數(shù)據(jù)最為全面，已成為驗(yàn)證數(shù)值方法的標(biāo)準(zhǔn)算例，所以本文采用FLUENT軟件對(duì)SUBOFF潛艇操縱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值方法研究。
　　首先，本文對(duì)SUBOFF潛艇進(jìn)行了直航試驗(yàn)的數(shù)值模擬。通過對(duì)SUBOFF裸艇體直航試驗(yàn)的數(shù)值模擬，研究了流場(chǎng)介質(zhì)和溫度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，計(jì)算結(jié)果表明，溫度每升高3攝氏度，計(jì)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(jì)算結(jié)果約大3%。因此，選擇與試驗(yàn)條件下相同的溫度的介質(zhì)是計(jì)算可靠的重要一環(huán)。
　　通過對(duì)SUBOFF裸艇和全附體進(jìn)行直航試驗(yàn)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(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來(lái)看：Standard k-ε比RNG k-ε模型更適合裸艇直航試驗(yàn)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(yàn)的數(shù)值模擬。湍流模型適用性的結(jié)論對(duì)斜航試驗(yàn)的數(shù)值模擬具有指導(dǎo)意義。通過直航試驗(yàn)的數(shù)值模擬，驗(yàn)證了網(wǎng)格及數(shù)值方法的可靠性，為斜航試驗(yàn)和旋臂試驗(yàn)的數(shù)值模擬打下了很好的基礎(chǔ)。
　　其次，本文對(duì)SUBOFF潛艇的斜航試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過對(duì)SUBOFF裸艇斜航試驗(yàn)的數(shù)值模擬，分析了Standard k-ε和RNG k-ε湍流模型對(duì)航速為4.5kn和6.5kn的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，通過與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，對(duì)航速為4.5kn時(shí)的數(shù)值模擬結(jié)果比

4、航速為6.5kn更接近試驗(yàn)值；用Standard k-ε湍流模型模擬裸艇體斜航試驗(yàn)比RNG k-ε湍流模型更加準(zhǔn)確，驗(yàn)證了直航試驗(yàn)湍流模型適用性的結(jié)論；在航速為4.5kn時(shí)，采用Standard湍流模型模擬裸艇斜航試驗(yàn)的誤差為在8%以內(nèi)，能較好的滿足工程預(yù)報(bào)的要求。
　　采用RNG k-ε湍流模型，航速為4.5kn進(jìn)行了B.H.+Sail和B.H.+4 Planes這兩種情況的斜航試驗(yàn)數(shù)值模擬。對(duì)不同漂角斜航時(shí)所受的阻力、橫向力和

5、轉(zhuǎn)首力矩進(jìn)行了預(yù)報(bào)。與試驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果表明：對(duì)B.H.+ Sail斜航試驗(yàn)的數(shù)值計(jì)算誤差在8%以內(nèi)，能較好的滿足工程預(yù)報(bào)的要求； B.H.+4 Planes斜航試驗(yàn)的數(shù)值計(jì)算誤差在11%以內(nèi)，滿足工程預(yù)報(bào)的要求。
　　隨后，本文通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系方法（SRF）對(duì)裸艇旋臂試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)首力矩的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)與試驗(yàn)值的誤差為52.5%，工程預(yù)報(bào)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(dòng)量源項(xiàng)法