潜艇二阶波浪力数值预报方法研究

摘要

随着潜艇技术的飞速发展，更为准确的预报潜艇水面与水下近水面航行状态下的波浪力显得尤为重要。本文的主要目的是基于二阶波浪力切片理论，建立求解潜艇近水面航行的波浪力数学模型，得到工程上较为实用的潜艇二阶波浪力的预报方法。通过对潜艇规则波中受到的二阶定常力与倍频力的计算，为潜艇的设计和航行过程中的状态控制提供指导。
　　由于艇体细长,空间速度势数值求解有一定的困难,由基于细长体假设的切片法将原本复杂三维的问题转化为数值上更容易求解的二维的问题。进而将作用于潜艇上的三维波浪力，转化为二维波浪力进行计算。
　　首先，基于二阶势流理论，由小参数正则摄动法与格林函数积分方程法，得到求解二维剖面一阶、二阶各速度势(辐射、绕射势)的第二类 Fredholm积分方程。在积分方程中计及非线性自由面的条件与非线性的物面条件。本文通过对非线性自由面条件的合理求解，确定了在自由表面分布压力的有效范围，并对二阶绕射势的求解做了详细说明。
　　其次，由Pinkster的近场法理论，在二阶波浪力(定常力、倍频力)的计算中考虑到二维剖面横荡、升沉、横摇，绕射(2,3,4,7)模态下速度势自身耦合，及相互耦合对二阶波浪力的影响，建立求解潜体二阶波浪力的数学模型，可以认为本文计算的波浪力结果更加准确完整。
　　然后，将文中数值程序算得的二维剖面的一阶、二阶波浪力计算结果与日本Kyozuka的模型实验及理论计算结果分析比较，验证了数值程序计算结果的可靠性。
　　最后,由文中建立的波浪力数学模型，对某一公开的潜艇在规则波中近水面航行时的二阶定常漂移力及二阶倍频波浪力分别进行了计算。分析了不同组分二阶力的贡献，并分别考察潜深、波浪频率，附体等因素对于潜艇二阶波浪力的影响。

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第1章 绪 论

1.1 本文研究的目的和意义

1.2国内外研究综述

1.3本文主要研究内容

第2章 边界积分方程及求解方法

2.1二维问题与边界条件

2.2水动力算法的描述

2.3二阶问题建立与求解

2.4本章小结

第3章 二阶波浪力数学模型的建立与验证

3.1二阶绕射问题的非线性自由面条件

3.2二阶绕射问题的非线性物面条件

3.3二阶扰动力模型的建立

3.4程序数值计算结果的分析与验证

3.5本章小节

第4章 潜艇近水面二阶波浪力计算

4.1计算模型

4.2计算结果的验证

4.3 各组分定常波浪力的分析

4.4各组分倍频力的分析

4.5考察附体对二阶波浪力的影响

4.6本章小节

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢