潜艇热尾流研究进展

为了对潜艇的热尾流有个更加全面的认识，本文对潜艇热尾流特性研究工作的进展情况做了详细的介绍。一直以来，国内外研究热尾流的众多学者多是通过实验、理论分析和数值模拟对热尾流进行研究，对热尾流的发生和发展有了一些基础的认识，这也是潜艇热尾流研究工作的基础。另外，本文还分析了利用潜艇热尾流探测潜艇所存在的问题，并提出了今后有待研究的一些问题。     

水下航行体热尾流的扩散规律研究

基于mixture两相流模型，考虑热排气、冷却水与海水间的流动传热耦合机制，针对假定水下航行体模型和真实海况参数，对热排气热尾流、冷却水热尾流的浮升扩散特性以及海面的热特征进行了数值分析。结果表明：在航行体航线的垂向剖面上，热排气热尾流呈马蹄形扩散，冷却水热尾流呈水滴状扩散，该规律与文献理论和实验结果一致，很好地模拟了热排气、冷却水的海面热尾迹的形成过程。     

舰船热尾流研究述评

本文综述了舰船热尾流的研制概况，论述了它的特点及存在条件，提出了有待研究的一些问题。     

固体火箭发动机尾流场的工程计算及测试研究

通过对欠膨胀超音速燃气自由尾流场动量均化特性模型进行修正,建立一套工程计算方法,编制相应的计算软件,并针对某固体火箭发动机的欠膨胀尾流场进行数值模拟,得到尾流场气体参数的分布规律,为尾流场测试点的合理布置提供依据,最后对理论计算和试验所测数据进行了比较和分析。     

舰船尾流特性及鱼雷尾流自导作用距离的评估

本文在给出尾流中空泡的数量特性、几何模型、声学特性的基础上,介绍了尾流自导装置检测尾流原理及鱼雷尾流自导作用距离的评估方法。     

舰船热尾流特性的试验研究

本文所介绍的实验通过对实船尾流中的温度分布测量、船模在水槽中稳定热分层环境下运动后留下的尾流中的温度测量及红外摄像,研究了双螺旋桨驱动舰船在二种速度运动下,螺旋桨相对向内旋转、向外旋转及螺旋桨不工作时舰船尾流中的温度分布与扩展规律,以便为鱼雷热尾流自导技术或与其相关的复合自导技术提供依据。     

尾流中双气泡声学特性的有限元分析

舰船尾流的声学特性是尾流的主要特性之一,而气泡是形成尾流声学特性的主要原因。通过对尾流单个气泡的主动声学特性分析,建立了气泡的弹性球壳主动声反射/散射特性模型。结合对不同半径气泡声学特性及气泡在尾流中分布的分析,建立了双气泡的结构模型。通过有限元分析模型在周期载荷作用下位移随频率的变化,得到气泡的谐振频率,计算双气泡在主动入射声源作用下的场点分布,得到双气泡的主动声反射/散射特性。     

提高弹道准确性的尾流自导设计

为了提高鱼雷尾流导引弹道的准确性,该文对尾流自导设计中的3个关键问题进行了理论分析。首先,提出了一种累计比较法用以形成尾流检测标志,克服了尾流边缘随机变化导致的尾流检测标志不准确;其次,利用鱼雷进出尾流时刻的坐标值对尾流导引中的尾流走向和尾流宽度进行了计算,使鱼雷入尾流后尽可能的沿尾流走向航行,形成双波束导引,较传统方法计算更加简单有效;最后,介绍了尾流中断层对鱼雷弹道的影响以及克服鱼雷在尾流断层中错误导引的方法。分析结果表明,该方法可以有效提高弹道导引的准确性。     

尾流中多气泡模型及有限元分析

舰船尾流的声学特性主要由分布其中的气泡声学特性决定。分析尾流中气泡的分布,根据气泡的数密度及半径分布,建立了尾流中双气泡的结构模型,并在此基础上,利用有限元方法和分析软件建立了尾流中多气泡的有限元模型,分析模型在周期变化载荷作用下的压力分布和结点位移变化,模拟气泡在尾流中的环境,引入点声源主动入射下的声场分析,模拟尾流在实验室条件下的主动声特性,从而综合得到舰船尾流的主动声特性。     

考虑单气泡运动特性的舰船尾流气泡分布研究

为从理论上分析舰船远程尾流中的气泡分布特征,首先研究了单个气泡在远程尾流中的运动特性及影响要素,重点考虑了上浮速度与传质速率这两个相互影响的耦合因素,构建了完整描述远程尾流场中单气泡上浮运动全过程的动态耦合数学模型；进而利用该模型结合统计分析的思想,提出了一种计算舰船远程尾流场中气泡群整体存留时间、相对数密度和尺度分布...     

沙丘形围壳对潜艇流场影响的数值模拟

以SUBOFF模型为例,针对其围壳形状进行沙丘化改进,采用CFD数值计算方法对比了2种不同沙丘形围壳与母型围壳的阻力和尾部伴流分布情况,初步提出了潜艇指挥室围壳优化方案;计算结果表明：对于指挥室围壳阻力,方案1与方案2围壳较母型围壳的减阻率均能达到33％左右;对于潜艇总阻力,方案1与方案2的潜艇总阻力较母型潜艇减阻率均能达到3．5％左右;在较低进流速度下,方案2的减阻率要略高于方案1;在较高流速下,方案1在桨盘面处流场的均匀性较好于母型和方案2;针对沙丘形围壳对阻力和尾部伴流场的影响进行了初步探索,验证了可以通过改变围壳形状达到减阻和均匀尾流场的目的,为指挥室围壳形状优化提供了新的思路。     

火炮装药温度场仿真及靶场试验中保温时间预测

为了保证火炮装药温度一致且分布均匀,需要对装药进行长时间保温,为了研究此过程中保温用时最省的问题,采用多孔介质传热理论,建立了火炮装药传热模型,利用有限容积法对数学模型进行离散,得到相应的差分计算格式,采用多种不同口径装药,对不同初始条件的温度场及保温要求进行模拟仿真。将理论计算结果与试验测试数据进行了对比,分析结果表明,所建的理论模型能够正确反映发射装药的温度变化规律,该模拟方法具有一定的推广应用价值。     

一种计算尾流自导鱼雷极限射距的方法

对尾流自导鱼雷极限射距计算涉及的有关问题进行了探讨。尾流自导鱼雷的极限射距与直航雷的极限射距相比,有其独特之处,情况也要复杂许多。尾流自导鱼雷极限射距的精确计算取决于其末端自导追踪弹道的精确描述,而这种描述参数是不可能获得的。为此提出一种近似计算方法,并对该方法进行了深入分析。分析结果表明,这种方法十分简单有效,能够满足潜艇攻击决策的使用需要。此外,尾流自导鱼雷的极限射距不能唯一表达,它随瞄点修正距离而变化。这给该参数在攻击中的使用带来了新的课题,文中对尾流自导鱼雷射击相关参数的选择提出了建议。     

通过缩比试验数据计算潜射导弹的载荷

即使潜射导弹缩比模型试验中弹道、弹体外形、空泡生成、发育、回射及溃灭规律满足缩比相似律,但由于模型的结构动力学特性相似关系难以满足,导致缩比试验数据难以直接计算原型载荷。提出了一种利用缩比模型试验弹体表面测压数据计算原型弹体横向动力响应的修正计算方法。该算法将测压数据分解为“空泡回射与溃灭” 水动力和与弹体结构振动有关的水动力两部分。通过对第一部分水动力建立确定的数学模型,对第二部分水动力用附加质量和附加阻尼进行表述,基于该算法计算得到了原型弹体的动力响应,并与水动力直接转化算法进行了比较。结果表明二者的差别不可忽视。此方法可为潜射导弹载荷计算提供有益的参考。     

水下蒸汽涡轮发动机变工况热力特性数值分析研究

为研究水下蒸汽涡轮发动机变工况热功转换规律,考虑了工质绝热指数随温度的变化以及喷嘴内气流摩擦、涡旋对工质的加热作用,建立了变工况汽轮机喷嘴、动叶栅以及涡轮级能量损失的计算模型,并据此编写仿真软件对变压力比和喷嘴入口温度变化时的涡轮机热力过程开展仿真研究。计算结果表明,计算模型能够较好反映汽轮机动态过程能量转换规律,验证了模型建立与仿真的正确性;对于研究机型,变压力比下喷嘴速度因数决定了涡轮机内效率及其轮周效率的变化规律,喷嘴出口工质实际速度大小决定了涡轮机有效功率及其轮周功的变化规律。文中模型可作为水下涡轮机优化设计与控制研究的基础模型。     

潜载随动系统的扰动特征与复合轴补偿机理研究

当潜艇在水下高速行进时,海水会在潜艇表面形成脱体边界层和分离涡,大尺度分离涡的生成和脱体会引起潜艇力与力矩的大幅度波动,从而影响潜载激光武器随动系统的跟瞄精度与毁伤效能。以潜载激光武器粗精复合轴跟瞄系统为研究对象,分析了潜艇流噪声对粗、精两级跟踪输出误差的影响。基于流体力学基本控制方程,通过层次结构网格下的有限体积法分析了1×10⁷雷诺数下6°偏航角潜艇的流体动力学特性,并通过坐标解算将流体对艇体的扰动转化到光轴坐标系;获得了粗、精复合轴随动系统的传递函数,搭建了闭环控制器,获得了粗、精通道对特征输入信号的时域响应特性;分析了粗、精复合轴随动系统对潜艇流场扰动输出误差的补偿效果,并从流场演化和压力矩脉动层面分析了大尺度分离涡对跟瞄输出误差的影响。研究结果表明：粗、精复合轴随动控制系统可以有效补偿潜艇扰动带来的光轴输出误差,方位角、俯仰角的波动和跟瞄输出误差主要由围壳端面产生大尺度分离的梢涡引起的压力矩脉动造成,艇身扰动因其周期较长而对输出误差没有特别的影响。     

自航式声诱饵声学特性研究

根据自航式声诱饵的声学模拟机理，建立了自航式声诱饵的辐射噪声特性模拟模型和声反射特性模拟模型，深入分析了自航式声诱饵和潜艇的声学特性差异，主要有三点：1）指向性差异：潜艇辐射噪声的指向性近似于各向同性，而诱饵模拟辐射噪声的指向性取决于发射换能器的发射指向性；2）目标强度差异：潜艇目标强度随声波入射角度的变化而变化，而诱饵模拟的目标强度取决于发射换能器的发射指向性；3）尺度差异：诱饵模拟的尺度特性与潜艇的尺度特性是有差别的。文中指出了对抗自航式声诱饵的几点研究方向：利用诱饵模拟的辐射噪声与潜艇辐射噪声在指向性上的差异以及诱饵模拟与潜艇的尺度特性差异作为对抗自航式声诱饵的突破点。文中内容对于水声反对抗具有一定参考意义。     

附体对分层流中潜艇水动力特性的影响

为探讨密度分层流中附体对潜艇周围流场及阻力特性的影响,基于雷诺平均方程建立一种用于模拟密度分层流中水下潜体航行特征的计算流体力学模型。采用SUBOFF潜艇模型进行收敛性研究,并与实验结果进行对比验证数值模型的精确性;采用该模型模拟得到加装不同附体工况下的潜艇以不同航速航行时的水动力特性,并结合压力变化分析相关结果产生的原因。结果表明：附体对分层流中潜艇水动力特性的影响与航速高低有关;在弗劳德数为0.5附近,潜艇兴波阻力系数达到最高;附体带来的潜艇表面曲率突变会引起较大的压力变化;所建模型展示了潜艇的航行尾迹特征,并对密度分层流中水下潜体运动问题模拟方法的选取及潜艇附体的优化设计具有一定参考价值。     

100km以下风场对远程弹箭运动的影响研究

在声坐标系中建立了100 km高度范围内自由大气风场的计算模型,根据Nimbus-7卫星探测器( SAMS)温度数据,利用热成风公式对100 km以下的风场进行了计算分析,与某火箭探空实测数据的对比曲线显示：计算风场与火箭实测风的分布规律基本一致,说明根据卫星探测温度数据,在p坐标系中利用热成风公式计算高空风场的方法是可行的。以某远程火箭为对象进行的对比计算结果表明,受高空风的影响,远程弹箭的射程差与侧偏都很大。