【摘要】：操縱性是潛艇(潛水器)綜合性能的重要組成部分,操縱性水動(dòng)力系數(shù)是評(píng)估潛艇操縱性能的重要指標(biāo)。精確可靠地估算和預(yù)報(bào)其水動(dòng)力系數(shù),在潛艇(潛水器)設(shè)計(jì)與定型過程中顯得十分重要。在預(yù)報(bào)潛艇(潛水器)水動(dòng)力系數(shù)的流程中,通常不考慮潛艇的螺旋槳運(yùn)行狀態(tài)對(duì)水動(dòng)力系數(shù)的影響。實(shí)際情況下帶螺旋槳的艇體(帶槳槳無旋轉(zhuǎn),簡(jiǎn)稱關(guān)槳)與裸艇體(拆槳)相比,螺旋槳,艇體近表面的繞流場(chǎng)會(huì)有所變化;同時(shí),潛艇螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)(帶槳槳旋轉(zhuǎn),簡(jiǎn)稱開槳)會(huì)所產(chǎn)生的復(fù)雜流場(chǎng),其流場(chǎng)會(huì)與潛艇艇型周圍的繞流場(chǎng)發(fā)生擾動(dòng),兩者皆影響潛艇的操縱性水動(dòng)力系數(shù)。本文運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法獲取拆槳、關(guān)槳、開槳三種工況下潛艇模型的水動(dòng)力系數(shù),并完成相應(yīng)的拘束模型試驗(yàn),計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比分析研究螺旋槳尾流場(chǎng)對(duì)潛艇水動(dòng)力系數(shù)的干擾影響效應(yīng)。本論文使用軟件STAR-CCM+完成了相關(guān)的CFD計(jì)算。CFD計(jì)算主要基于切割體網(wǎng)格技術(shù)與重疊網(wǎng)格技術(shù)。為保證螺旋槳旋轉(zhuǎn)模擬的流場(chǎng)與試驗(yàn)環(huán)境相似,首先以單獨(dú)螺旋槳為對(duì)象進(jìn)行了研究。進(jìn)行了螺旋槳模型的敞水性能的模擬,模擬了螺旋槳在不同進(jìn)速系數(shù)J下的轉(zhuǎn)動(dòng),以推力系數(shù)、扭矩系數(shù)、敞水效率作為評(píng)估指標(biāo),并繪制了其敞水特征曲線。通過與敞水試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)值相比較驗(yàn)證了STAR-CCM+模擬螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的可靠性。本論文以某潛艇模型為對(duì)象,完成了模型在斜航運(yùn)動(dòng)、變舵角直航運(yùn)動(dòng)、垂直面簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)下的模擬。通過模擬計(jì)算了未安裝螺旋槳裸艇體(簡(jiǎn)稱拆槳)、安裝螺旋槳但螺旋槳不轉(zhuǎn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱關(guān)槳)、安裝螺旋槳且螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱開槳)共三種工況下的相關(guān)模擬。其中使用DBFI模型模擬了潛艇模型的垂直面上的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。同時(shí)為了研究CFD方法預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性,在循環(huán)水槽中使用平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(PMM)進(jìn)行了拘束模型試驗(yàn),完成了拆槳、關(guān)槳、開槳三種工況下的斜航運(yùn)動(dòng)、變舵角直航運(yùn)動(dòng)、垂直面簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)試驗(yàn),處理數(shù)據(jù)并獲取相關(guān)水動(dòng)力系數(shù),進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比和分析。通過CFD值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比分析可知:CFD數(shù)值模擬值整體與實(shí)驗(yàn)值符合良好,相關(guān)的一階水動(dòng)力系數(shù)符合度最高,二階水動(dòng)力系數(shù)不夠理想。通過對(duì)比拆槳、關(guān)槳、開槳三種工況下的水動(dòng)力系數(shù)可知:無論計(jì)算值、實(shí)驗(yàn)值,水動(dòng)力系數(shù)在拆槳、關(guān)槳、開槳三種工況下水動(dòng)力系數(shù)的增減變化趨勢(shì)基本一致。可以使用CFD方法近似估算相關(guān)一階水動(dòng)力系數(shù)及舵翼的失速角,具有較高的準(zhǔn)確性。螺旋槳的尾流場(chǎng)對(duì)水動(dòng)力系數(shù)有一定的影響,潛艇操縱性預(yù)報(bào)應(yīng)當(dāng)考慮螺旋槳狀態(tài)的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U664.33;U674.76
【圖文】：

在整個(gè)潛艇螺旋槳發(fā)展史上最具有代表性的三種螺旋槳為：同軸反轉(zhuǎn)螺大側(cè)斜螺旋槳、泵噴射推進(jìn)器。1）同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳螺旋槳技術(shù)發(fā)展早期，設(shè)計(jì)者期望實(shí)現(xiàn)螺旋小型化以減小螺旋槳的負(fù)載效率，然而縮小螺旋槳的尺寸就難以保證推力，且葉片表面易發(fā)生空泡現(xiàn)象降低。潛艇要完成水下升沉任務(wù)，因此螺旋槳對(duì)潛艇的負(fù)載不能過高。另一槳轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)潛艇艇體施加一個(gè)反向力矩，影響潛艇的穩(wěn)定性。1877 年，同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳研制成功[3]。將兩個(gè)普通螺旋槳一前一后分別裝內(nèi)外兩軸上，以等速反方向旋轉(zhuǎn)，采用對(duì)轉(zhuǎn)可以抵消螺旋槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的反扭小尾流旋轉(zhuǎn)損失，效率比單槳略高[4]。同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳逐漸應(yīng)用于潛艇，推進(jìn)發(fā)展。蘇聯(lián)的“查理 I”型核潛艇 K212，以及維克多 III 型，均采用的同軸反同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳最明顯的缺點(diǎn)是噪聲大。隨著潛艇作戰(zhàn)需求的增加，潛艇愈發(fā)受到重視，對(duì)潛艇螺旋槳提出了更高的要求，同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳逐漸淡出

在整個(gè)潛艇螺旋槳發(fā)展史上最具有代表性的三種螺旋槳為：同軸反轉(zhuǎn)螺大側(cè)斜螺旋槳、泵噴射推進(jìn)器。1）同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳螺旋槳技術(shù)發(fā)展早期，設(shè)計(jì)者期望實(shí)現(xiàn)螺旋小型化以減小螺旋槳的負(fù)載效率，然而縮小螺旋槳的尺寸就難以保證推力，且葉片表面易發(fā)生空泡現(xiàn)象降低。潛艇要完成水下升沉任務(wù)，因此螺旋槳對(duì)潛艇的負(fù)載不能過高。另一槳轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)潛艇艇體施加一個(gè)反向力矩，影響潛艇的穩(wěn)定性。1877 年，同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳研制成功[3]。將兩個(gè)普通螺旋槳一前一后分別裝內(nèi)外兩軸上，以等速反方向旋轉(zhuǎn)，采用對(duì)轉(zhuǎn)可以抵消螺旋槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的反扭小尾流旋轉(zhuǎn)損失，效率比單槳略高[4]。同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳逐漸應(yīng)用于潛艇，推進(jìn)發(fā)展。蘇聯(lián)的“查理 I”型核潛艇 K212，以及維克多 III 型，均采用的同軸反同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳最明顯的缺點(diǎn)是噪聲大。隨著潛艇作戰(zhàn)需求的增加，潛艇愈發(fā)受到重視，對(duì)潛艇螺旋槳提出了更高的要求，同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳逐漸淡出

試驗(yàn)、船模水池模型試驗(yàn)得到進(jìn)步，積累源于空泡現(xiàn)象，噪聲會(huì)影響潛艇的隱蔽性心要義之一。經(jīng)過多方驗(yàn)證，單槳，大直低噪音的重要手段。由于槳葉大側(cè)斜，使區(qū)和低壓區(qū)，有效地抑制了螺旋槳的振動(dòng)螺旋槳能夠適應(yīng)多種水流方向。同軸反轉(zhuǎn)并使用了了 7 葉大側(cè)斜螺旋槳。德國(guó) 206[6]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2767723