水下航行体

摘要： 作为水下航行体的重要附体之一,围壳对其操纵性水动力系数存在重要影响。为此基于相对参考坐标系方法,开展旋臂水池数值仿真研究。通过与模型试验数据对比,建立了线性旋转速度系数的数值计算方法。在此基础上研究有无围壳状态、围壳在水下航行体上的轴向位置工况下水下航行体的水动力系数和流场特性,得到了围壳对水下航行体流场和水动力系数的影响。

摘要： 针对航行体水下垂直发射过程,利用固体火箭发动机在尾空泡内点火实现有控运动,是保证复杂因素干扰下航行体弹道稳定的重要手段。基于流体体积模型、标准k-ε湍流模型和动网格技术,通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,获得超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性及其演化规律。结果表明:航行体出筒后形成的半椭球状附体尾空泡,在超声速射流作用下逐渐演变成葫芦状,其内部流动受到破坏后进行重构,没有形成回射流现象;超声速射流完全受限在尾空泡内发展,射流流动主要位于径向尺寸和喷管出口直径相当的核心区内,在射流卷吸作用和空泡界面影响下,尾空泡内相继出现了一次涡环和二次涡环结构;航行体尾部与筒口中心位置压力呈现宽幅振荡特征,最大振幅约为发射水深压力的1.2倍,致使射流结构和航行体受到的实际总推力出现大幅度振荡变化。

摘要： [目的]旨在探究内孤立波作用下航行体水动力特性的变化规律及机理。[方法]基于强分层假设下的内孤立波m KdV理论,采用有限体积法离散不可压缩纳维-斯托克斯方程,结合速度入口造波和重叠网格方法,建立分层流中的波-体耦合数值计算模型。模拟不同内波环境下内孤立波与固定、悬浮航行体耦合作用过程,通过数值求解得到航行体的水动力载荷变化规律。[结果]结果表明:水下航行体所受作用力和力矩幅值随波幅的增加而增大;固定航行体接近于两层流体分界面时受到的影响更大,而悬浮航行体接近于内孤立波波谷纵深时,受到的影响更显著;初始俯仰角的增大会导致航行体水平力幅值剧烈增大;具有初始航速的航行体受到内孤立波主波和尾波共同作用后会发生“掉深”现象。[结论]研究结果对于水下航行体的安全操纵具有一定参考价值。

摘要： 针对某型水下航行体内部北斗工作状态偶发性故障问题,结合水下航行体内部空间、功耗及电磁环境等实际情况,采用基于小尺寸、低功耗嵌入式处理平台为主的实时监控与程序设计方法,对航行体北斗状态进行连续监控。该方法综合航行体内相关通信总线数据进行实时融合处理,可对航行体内部北斗状态进行连续解算判别和实时介入性操控。该方法通过陆上试验验证,并分别进行了环境试验、电磁兼容性试验以及实航测试。试验测试结果证明,该方法与程序在不同环境下均长时可靠运行,可实现航行体北斗状态实时监控功能,特别是在航行体北斗状态故障情况下,能够准确判断并及时介入性操控,解决航行体北斗偶发故障问题,进一步提高水下航行体实航安全性和可靠性。

摘要： 为了实现实测波浪作用下水下航行体出水成功概率预报,为潜艇作战提供一种水下发射的快速预报方法,基于边界元方法建立了水下航行体出水姿态计算模型,对不同波浪条件下水下航行体出水姿态参数进行了计算。同时,将不同波浪条件下的出水姿态参数进行集成,形成了规则波浪数据库。以渤海湾某时间段的实测海况作为发射环境,建立符合瑞利分布的波高概率分布模型,将尾部触水俯仰角作为判定条件,对实测波浪下水下航行体出水成功概率进行预报。计算结果表明,在考虑最恶劣工况下,相对于静水条件下的出水俯仰角偏差随着波高的增加而减小;相同波高下,受到出水相位的影响,出水俯仰角偏差呈余弦变化规律。该预报方法对于潜艇作战判定发射时机具有一定参考价值,为水下发射的成功概率预报提供参考。

摘要： 为提高水下航行体的隐身性能,探究不同湍流模型对水下航行体圆柱结构水动力数值模拟的影响。基于OpenFOAM开源计算流体力学工具包,进行水下航行体圆柱结构的数值模拟。开发3种混合湍流模型嵌入OpenFOAM工具包,3种模型分别为尺度自适应模拟方法、部分平均N-S方程方法和改进的延迟分离涡方法。基于开发的3种模型进行数值计算仿真,得到水下航行体典型圆柱结构的绕流场分布以及受力特征。研究结果表明:湍流模型的选取对于水下航行体水动力模拟有着显著影响,所得结果对后续探究水下航行体辐射噪声的研究具有指导意义。

摘要： 航行体出水过程中肩部的自然空化将影响航行体的载荷分布及出水姿态,工程上常采用肩部开孔通气的方式改善航行体表面的力学环境,进而解决此类问题.本文针对水下航行体通气空泡周向融合效果不理想问题,基于有限体积法,采用VOF(volume of fluid)多相流模型和动态铺层的动网格技术,数值研究了排气孔下游增加小尺度环形凹槽促进空泡融合的作用机制,以及不同发展阶段、不同工况下环形凹槽对空泡融合的促进作用.结果表明,凹槽可以有效改善通气空泡的融合效果.运动坐标系下来流经过环形凹槽时因为流动膨胀发生了边界层的流动分离,其诱导产生的卷吸作用一方面迟滞了空泡的轴向发展,促进空泡产生周向尺寸更大的剪切涡并沿周向膨胀发展,另一方面将部分通气气体吸入环形凹槽,吸入槽内的气体通过挤压破碎实现了周向融合,且槽内融合气泡溢出下泄促进融合边界上移.此外,凹槽可以通过改善空泡内部的流动状态,使空泡的形态和内部压力在不同工况下都更加稳定.

摘要： 针对水下航行体出水过程中的空泡发展及溃灭特性问题,基于新型实验平台,即减压水下航行体运动平台,进行了垂直约束式发射实验,探究了傅汝德数和空化数对空泡发展和溃灭过程的影响。对空泡出水溃灭过程进行描述,并定义了空泡溃灭数Fc,用以衡量空泡溃灭速度。结果表明,傅汝德数主要影响空泡形状,空化数主要影响空泡的尺寸。此外,水下航行体出水时空泡溃灭向下推进速度与傅汝德数呈负相关关系,与空化数呈正相关关系。

摘要： 针对水下航行体纵向运动受干扰因素多,航行深度以及俯仰角易产生较大幅度震荡的问题,运用滑模变结构控制理论设计水下航行体纵向运动控制律,利用系统的滑动模态设计模糊控制器,系统控制量由模糊控制器的输出确定。根据舵机响应曲线,建立模糊规则,确定控制器的输入、输出和其他参数,并进行仿真计算验证。结果表明:与传统比例微分控制相比,当无干扰时,两种控制方法都能使航行体按预定航路完成纵向运动;当存在较大流体干扰时,比例微分控制下航行体定角爬潜以及定深航行误差明细增大,而滑模变结构控制下航行体仍能按设定俯仰角和航行深度航行,误差很小,证明该控制方法对干扰具有良好的鲁棒性。

摘要： 高速水下航行体头肩部和表面突起等位置很容易产生空泡,不失一般性,将表面突起结构简化为一定高度的台阶.针对简化的航行体模型,基于数值模拟方法研究了头肩部空泡与台阶处空泡、头肩部空泡与尾空泡2种类型的双空泡相互作用问题.不同的来流攻角下,头肩部空泡与台阶处空泡的作用过程存在区别,可以分为大攻角和小攻角2种类型.当尾空泡内有不可凝结气体时,头肩部空泡与尾空泡的连通过程会伴随泡内压力的迅速变化.

摘要： 针对高速水下航行体对转桨推进,提出了实效伴流分布的数值预报方法.采用体积力分布替代前、后桨叶对流场的水动力作用,分别进行实尺度航行体自航RANS计算和对转桨体积力敞水RANS计算,从航行体与体积力的总诱导速度场中扣除敞水体积力的诱导速度场,从而获得前、后桨盘面处的实效伴流分布.以某高速水下航行体为例,首先计算了实效伴流分布,然后应用涡格法预报了对转桨在该伴流分布中的水动力性能,结果与真实桨叶自航RANS计算结果吻合良好,表明本方法能够为对转桨设计提供较准确的实效伴流分布.最后考察了伴流各分量对桨叶水动力的影响,发现周向伴流不可忽略,特别是对后桨.

摘要： 为了预报水下航行体运动引起的兴波尾迹,基于势流Rankine面元法建立了一种水下航行体兴波尾迹和兴波阻力的快速分析模型.首先,对该势流Rankine面元模型的理论基础和数值技术进行了介绍.在对该数值模型的收敛性进行验证之后,讨论了Newman细长体的兴波尾迹特征,并与其他公开发表的数据结果进行了对比验证.通过对结果的分析可知:基于本计算模型能较好地预报水下航行体的兴波尾迹和兴波阻力,其计算的快速性和高效性为水下航行体的型线优化、优良艇型的设计、实时的兴波尾迹预报提供了工程可实践性.

摘要： 被广泛使用的直接边界元法在水下航行体的速度场和阻力的计算方面的研究还不是很完善,从椭球体的速度场和阻力计算入手,讨论直接边界元法应用于在水下航行体的水动力计算具有一定实用意义.基于势流理论,使用直接边界元法求解高斯积分方程,进而求出无限流域中椭球体的速度场.在此基础上,基于边界层理论在考虑流体粘性和给定来流速度的情况下,建立新的椭球体的边界层模型,算出速度势后,根据伯努利方程和1957ITTC公式求出椭球体所受的阻力.求解的过程借助MATLAB软件编程实现.最后将直接边界元法的计算结果与解析解或工程计算值进行对比.对比结果表明直接边界元法求解椭球体的速度场和阻力的误差小,满足精度要求,验证了使用直接边界元法进行数值计算方法的可行性.

摘要： 轮缘推进作为新型推进方式已经逐步应用于各类水面和水下船舶,本研究针对其在水下航行体上的应用,以SUBOFF为研究对象,开展理论分析和数值模拟方法研究,分析推进系统内各部件间以及与主体的相互作用关系,给出效率分解方法.然后通过CFD手段,开展模型的阻力、自航工况模拟,获取相关的水动力与流场相关信息,确定自航点,计算出内置推进水下航行体的各个效率分量.

摘要： 本研究采用CFD数值模拟方法,使用UDF设定入口边界速度表达式,建立了内孤立波数值造波方法,数值模拟的波形与KdV理论结果吻合良好.然后,对某简化水下航行体受内孤立波作用时的水动力载荷特性进行了模拟,通过分析内孤立波全周期作用过程中内波流场与水动力载荷变化的对应关系,初步阐明了内孤立波载荷大幅变化的水动力学机理,为进一步研究内孤立波作用下水下航行体运动特性、探索安全航行控制措施打下了基础.

摘要： 水下航行体从一定水深发射过程中,底部受到推力垂直向上运动,然后依靠惯性冲出水面,发射过程可分为出筒、水下航行和出水过程.空泡的形态和内部压力不断变化,会直接影响航行体的受力和运动,并对航行体表面流场造成不同程度的干扰,准确预示空泡形态和压力,是航行体水下发射流场与运动研究的基础.为了研究水下航行体垂直发射空泡生成演化过程,基于Fluent软件对航行体出筒、水下航行以及出水过程进行数值仿真.基于VOF方法、并结合动网格技术,实现了水下航行体带均压气体发射全过程数值求解.获得了航行体垂直发射全过程的空泡形态特征与内部结构演变规律.

摘要： 云状空化流动的非定常演化会造成结构的振动和变形,而结构振动反过来又会影响空化流动.为了分析结构振动对于空化流动的影响机制及规律,本研究以细长体为研究对象,模拟了不同振幅和频率的结构振动对空泡演化的影响.计算结果表明,航行体的振动变形会导致航行体头部局部攻角的变化,从而影响空泡的生长和回射流的发展.迎水面空泡生长慢,气泡厚度较薄,回射流发展快.背水面空泡生长快,气泡厚度较厚,回射流发展较慢.局部攻角对空化流动的影响在时间上有延迟的现象.振动幅值较大时,局部攻角的交替变化会影响回射流的发展,导致空泡局部脱落.当无量纲振幅大于0.05时,结构变形带来的局部攻角变化会改变空泡的脱落频率,此时空泡的演化过程主要受结构振动频率控制.

摘要： 云状空化流动的非定常演化会造成结构的振动和变形,而结构振动反过来又会影响空化流动.为了分析结构振动对于空化流动的影响机制及规律,本研究以细长体为研究对象,模拟了不同振幅和频率的结构振动对空泡演化的影响.计算结果表明,航行体的振动变形会导致航行体头部局部攻角的变化,从而影响空泡的生长和回射流的发展.迎水面空泡生长慢,气泡厚度较薄,回射流发展快.背水面空泡生长快,气泡厚度较厚,回射流发展较慢.局部攻角对空化流动的影响在时间上有延迟的现象.振动幅值较大时,局部攻角的交替变化会影响回射流的发展,导致空泡局部脱落.当无量纲振幅大于0.05时,结构变形带来的局部攻角变化会改变空泡的脱落频率,此时空泡的演化过程主要受结构振动频率控制.

摘要： 云状空化流动的非定常演化会造成结构的振动和变形,而结构振动反过来又会影响空化流动.为了分析结构振动对于空化流动的影响机制及规律,本研究以细长体为研究对象,模拟了不同振幅和频率的结构振动对空泡演化的影响.计算结果表明,航行体的振动变形会导致航行体头部局部攻角的变化,从而影响空泡的生长和回射流的发展.迎水面空泡生长慢,气泡厚度较薄,回射流发展快.背水面空泡生长快,气泡厚度较厚,回射流发展较慢.局部攻角对空化流动的影响在时间上有延迟的现象.振动幅值较大时,局部攻角的交替变化会影响回射流的发展,导致空泡局部脱落.当无量纲振幅大于0.05时,结构变形带来的局部攻角变化会改变空泡的脱落频率,此时空泡的演化过程主要受结构振动频率控制.

摘要： 云状空化流动的非定常演化会造成结构的振动和变形,而结构振动反过来又会影响空化流动.为了分析结构振动对于空化流动的影响机制及规律,本研究以细长体为研究对象,模拟了不同振幅和频率的结构振动对空泡演化的影响.计算结果表明,航行体的振动变形会导致航行体头部局部攻角的变化,从而影响空泡的生长和回射流的发展.迎水面空泡生长慢,气泡厚度较薄,回射流发展快.背水面空泡生长快,气泡厚度较厚,回射流发展较慢.局部攻角对空化流动的影响在时间上有延迟的现象.振动幅值较大时,局部攻角的交替变化会影响回射流的发展,导致空泡局部脱落.当无量纲振幅大于0.05时,结构变形带来的局部攻角变化会改变空泡的脱落频率,此时空泡的演化过程主要受结构振动频率控制.

摘要： 本发明公开了一种水下声呐、水下航行器及水下航行器在宽广水域巡航方法，属于水下声呐技术领域。其包括：第一声呐本体组件；第一声呐壳体，其具有一个容腔，第一声呐本体组件安装在容腔内，第一声呐壳体的周侧板上设置有环状轨道；垂直起吊装置，其一端与水下航行器的底板连接，另一端与第一声呐壳体连接，垂直起吊装置的与声呐本体组件连接的一端能够远离或靠近水下航行器；第二声呐本体组件，其安装在环状轨道上，且能在环状轨道运动；控制器，其与垂直起吊装置连接，用于控制垂直起吊装置工作。本申请通过第二声呐本体组件进行周向区域探测从而在第一声呐本体组件上升及下降的过程中，防止周围出现障碍物而导致第一声呐本体组件与障碍物相撞。

摘要： 本发明旨在提供一种水下航行器的船体，所述的船体为下口鲇仿生结构，所述的船体为由两端端点重合的三条弧线组成的三面体结构，船头和船尾分别位于两端，并且，船体的各个宽度方向的纵截面均为等腰三角形。本发明还提供一种水下航行器及其动态定位悬浮方法。本发明水下航行器采用改进的下口鲇仿生结构，能够通过自身船体结构及洋流推力实现贴紧海底平台的稳定定位悬浮，能够提高准确性，减少时间和能耗，同时也不受洋流强度的限制，更节能环保，提高船体的续航能力；能够广泛应用于海底管道和电缆的检查，被困在其他水下航行器或潜艇中的人员的救援以及水下焊接等领域。

摘要： 本发明提供一种用于航行体水下航行的组合圆盘式空化结构，包括航行体、整流罩，整流罩内依次设有外径依次变大的多个空化器；相邻两个空化器中位于后侧的空化器的前表面中心设有与位于前侧的空化器相匹配的空化器容纳槽；多个空化器能够通过空化器容纳槽结合为一整体；最前端的空化器为第一空化器，其余空化器为第二空化器；第一空化器其通过缓冲装置与航行体连接，缓冲装置用于缓冲航行体入水时航行体与水之间的作用力；每个第二空化器分别通过驱动装置与航行体连接，驱动装置用于轴向移动其所对应的第二空化器。本发明可以根据航行需求调整空化器的位置，可以将两个或多个空化器结合为一体，形成更大的超空泡。

摘要： 本发明提供了一种水下高速航行的航行体流体结构及模型仿真方法，包括依次连接的空化器、双锥段和柱段；双锥段包括依次连接的前锥段和后锥段，前锥段与空化器连接，后锥段与柱段连接；前锥段的半锥角大于给定航行体半锥角，后锥段的半锥角小于给定航行体半锥角。本发明改进后的双锥段航行体由于肩部后移，避免了超出空泡范围而沾湿，提升了航行体的水下航行稳定性。

摘要： 本发明公开了一种水下声呐、水下航行器及水下航行器在宽广水域巡航方法，属于水下声呐技术领域。其包括：第一声呐本体组件；第一声呐壳体，其具有一个容腔，第一声呐本体组件安装在容腔内，第一声呐壳体的周侧板上设置有环状轨道；垂直起吊装置，其一端与水下航行器的底板连接，另一端与第一声呐壳体连接，垂直起吊装置的与声呐本体组件连接的一端能够远离或靠近水下航行器；第二声呐本体组件，其安装在环状轨道上，且能在环状轨道运动；控制器，其与垂直起吊装置连接，用于控制垂直起吊装置工作。本申请通过第二声呐本体组件进行周向区域探测从而在第一声呐本体组件上升及下降的过程中，防止周围出现障碍物而导致第一声呐本体组件与障碍物相撞。

摘要： 本发明能够对水下航行体设定相对于基准的最佳潜航路径而进行航行控制。本发明具备下述步骤：潜航点输入步骤(S12)，其输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤(S14)，其设定潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤(S22)，其利用水底地形的数据和目标值，基于水下航行体的运动模型，对与目标值相对应的水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤(S28)，其基于评估函数更新目标值，所述评估函数是基于通过潜航模拟步骤(S22)中的模拟得到的潜航路径计算出的，通过重复进行潜航模拟步骤(S22)和目标值更新步骤(S28)而导出最佳目标值。

摘要： 本发明属于光纤传感、保密通信技术领域，具体为基于水下光缆的水下航行体通信方法与系统。本发明利用既有的水下光缆作为声传感器，构建水下被动声传感系统，用于接收水下航行体对其发出的声信号，并将携带上述声信号的光波传输到陆上基站，再通过解调设备，还原信号，达到单向通信的目的。该解调设备具有保密性和唯一性。该技术具有水下通信深度大，抗毁性好，隐蔽性强，通信抗干扰，保密性能强，实时、快速的特点。使用本发明的方法，可新布设光缆传感网络，也可利用既有的水下光缆网络体系，构建一个遍布海洋的被动声接受网，实现水下航行体与陆上基站单向通信。

摘要： 本发明能够对水下航行体设定相对于基准的最佳潜航路径而进行航行控制。本发明具备下述步骤：潜航点输入步骤(S12)，其输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤(S14)，其设定潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤(S22)，其利用水底地形的数据和目标值，基于水下航行体的运动模型，对与目标值相对应的水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤(S28)，其基于评估函数更新目标值，所述评估函数是基于通过潜航模拟步骤(S22)中的模拟得到的潜航路径计算出的，通过重复进行潜航模拟步骤(S22)和目标值更新步骤(S28)而导出最佳目标值。

摘要： 本发明公开了一种基于航行姿态感知的智能化水下航行体试验方法和试验装置，涉及海洋航行器试验领域，包括如下步骤：根据试验要求设定航行体航行的初始参数；设定闭环目标，并将闭环目标下发给水下控制模块，由控制模块生成闭环指令；周期性采集各个传感器的实时数据，并通过显示模块在计算机中显示；控制模块将采集的传感器数据和闭环指令发送给驱动模块；驱动模块驱动航行体调整机构，完成航行体航行速度、航向、航行姿态和航行深度的调整；显示模块显示航行体的调整结果。本发明提供的试验方法，可以实时采集航行体航行数据，并实现航行体航行速度、航向、航行姿态和航行深度准确控制，为以后的深水自动控制试验提供指导意义。

摘要： 本发明属于光纤传感、保密通信技术领域，具体为基于水下光缆的水下航行体通信方法与系统。本发明利用既有的水下光缆作为声传感器，构建水下被动声传感系统，用于接收水下航行体对其发出的声信号，并将携带上述声信号的光波传输到陆上基站，再通过解调设备，还原信号，达到单向通信的目的。该解调设备具有保密性和唯一性。该技术具有水下通信深度大，抗毁性好，隐蔽性强，通信抗干扰，保密性能强，实时、快速的特点。使用本发明的方法，可新布设光缆传感网络，也可利用既有的水下光缆网络体系，构建一个遍布海洋的被动声接受网，实现水下航行体与陆上基站单向通信。