操纵装置对潜艇操纵性能的影响研究

摘要

潜艇的操纵性能影响着潜艇的作战使命和航行性能，优良的艇型配之合适的操纵面能很好的体现潜艇的操纵性能。在潜艇设计阶段，操纵性水动力系数的获取是预报其操纵性能的关键技术。为了给某型潜艇操纵性预报提供评估依据和完成外形的定型设计，本文运用计算流体力学（CFD）方法和面元法对尾操纵面分别为“十”字形、“H”形、“木”字形的潜艇模型完成了直航阻力性能的预报和操纵性水动力系数的获取，并与实验值进行对比分析；同时为研究螺旋桨伴流场对操纵性水动力系数的影响，对带桨与无桨潜艇模型完成了拘束模型试验。
　　本文基于切割体网格技术对系列舵翼SUBOFF潜艇阻力完成了数值模拟，并在与试验值对比验证STAR-CCM+对潜艇模型阻力预报可靠性的基础上，进一步运用重叠网格技术和DFBI运动模块，对上述三个潜艇模型完成了阻力和操纵性水动力性能的数值模拟；计算了上述三个潜艇模型的附加质量，获取了其惯性类水动力系数；同时，为研究螺旋桨伴流场对操纵性水动力系数的影响并准确的完成潜艇操纵性的预报，利用循环水槽平面运动机构（PMM）对“十”字形尾操纵面带桨和无桨潜艇模型完成了斜航、带舵角直航、纯升沉、纯俯仰、纯横荡、纯摇艏、滚转等试验，获得了相应的水动力系数，并进行了详细的对比和分析。通过上述两种方法获取的水动力系数与实验值对比分析可知：CFD数值模拟值与实验值符合良好，满足工程应用，而势流理论获得的个别数值与实验值和 CFD模拟值误差相对较大。通过对比分析带桨和无桨潜艇拘束模型试验获取的水动力系数可知：螺旋桨伴流场对潜艇操纵性水动力系数具有一定影响，潜艇或潜器操纵性能的预报应该考虑带桨的情况。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2不同操纵面的潜艇发展现状

1.3潜艇操纵性水动力研究现状

1.4 论文主要工作

第2章 系列舵翼SUBOFF潜艇阻力数值模拟与验证

2.1 STAR-CCM+软件简介

2.2数值计算基本理论

2.3系列舵翼SUBOFF潜艇阻力数值计算与验证

2.4 本章小结

第3章 基于三角面元法惯性类水动力系数的计算

3.1基于三角形网格面元法的基本理论与验证

3.2潜艇模型惯性类水动力系数的计算

3.3本章小结

第4章 三种尾操纵面下潜艇操纵性水动力计算

4.1潜艇模型定常运动数值模拟

4.2潜艇模型非定常运动数值模拟

4.3潜艇模型舵角水动力系数试验测定

4.4水动力系数汇总与结果分析

4.5本章小结

第5章 带桨潜艇模型操纵性水动力试验

5.1试验基本情况介绍

5.2带桨潜艇模型操纵性水动力试验

5.3试验结果分析

5.4本章小结

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢