螺旋槳-艇體粘性流場(chǎng)的數(shù)值分析.pdf

1、粘性數(shù)值計(jì)算經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展與驗(yàn)證，在計(jì)算能力與實(shí)用化方面發(fā)生了深刻的變化，目前已經(jīng)成為潛艇研制中必不可少的技術(shù)手段。由螺旋槳驅(qū)動(dòng)的潛艇尾部流動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，其周?chē)鲌?chǎng)特別是尾流場(chǎng)不但是其水動(dòng)力性能的基本反映，而且是艇體水動(dòng)力噪聲的主要來(lái)源，因此潛艇（螺旋槳）尾流場(chǎng)流動(dòng)特性的預(yù)報(bào)直接關(guān)系到未來(lái)新型潛艇的優(yōu)劣。為了迅速了解設(shè)計(jì)上的改動(dòng)導(dǎo)致的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化，必須借助數(shù)值計(jì)算手段，所以在“數(shù)值水池”的研究過(guò)程中，全附體潛艇粘性繞流以及艇槳相互作用的數(shù)

2、值模擬具有重要的理論和實(shí)際意義。CFD軟件的出現(xiàn)開(kāi)辟了潛艇（螺旋槳）流場(chǎng)研究的新途徑。它擁有很廣的幾何建模和網(wǎng)格劃分能力，多種可選的數(shù)值求解方法以及強(qiáng)大的后處理功能。借助CFD軟件這一平臺(tái)，研究人員能夠更快更好地完成研究工作。本文正是借助CFD軟件，對(duì)螺旋槳、潛艇繞流的粘性流場(chǎng)、阻力以及螺旋槳/艇體相互作用的流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。 本文首先推導(dǎo)了螺旋槳三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式，進(jìn)行了螺旋槳敞水水動(dòng)力性能的計(jì)算，并與試驗(yàn)測(cè)量值做了比較；

3、同時(shí)對(duì)該槳的性能情況進(jìn)行了一些數(shù)值計(jì)算考察。其次，對(duì)SUBOFF 潛艇全附體尾流場(chǎng)的數(shù)值模擬進(jìn)行了計(jì)算分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，驗(yàn)證了該數(shù)值方法對(duì)潛艇主附體尾流場(chǎng)計(jì)算的可行性，接著建模計(jì)算了尾翼處于不同位置的六種模型，考察其不同位置對(duì)潛艇尾流場(chǎng)及阻力的影響。最后，在前兩部分計(jì)算成功的基礎(chǔ)上，采用了混合面模型以及滑移網(wǎng)格模型分別對(duì)螺旋槳/艇體流場(chǎng)的整體進(jìn)行了計(jì)算從而揭示了真實(shí)螺旋槳和船體之間相互干擾的內(nèi)在規(guī)律，可作為研究螺旋槳和艇體相互

4、干擾提供更加精確和實(shí)用的研究手段。潛艇尾流場(chǎng)是其水動(dòng)力性能的基本反映，也是艇體水動(dòng)力噪聲的主要來(lái)源，因此潛艇尾流場(chǎng)流動(dòng)特性的預(yù)報(bào)便顯得格外重要。由于新型潛艇對(duì)于自身的隱蔽性和機(jī)動(dòng)性有極嚴(yán)格的要求，這種要求將導(dǎo)致從根本上革新傳統(tǒng)潛艇的設(shè)計(jì)方式，為了迅速了解設(shè)計(jì)上的改動(dòng)導(dǎo)致的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化，必須借助于一種比模型試驗(yàn)方法更為經(jīng)濟(jì)的研究手段。CFD軟件擁有很廣的幾何建模和網(wǎng)格劃分能力，多種可選的數(shù)值求解方法以及強(qiáng)大的后處理功能。借助CFD軟件這

5、一平臺(tái)，研究人員能夠更快更好地完成研究工作。 本文數(shù)值模擬了潛艇繞流的粘性流場(chǎng)及阻力。以SUBOFF 主艇體這一細(xì)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)體為研究對(duì)象，比較系統(tǒng)地研究了網(wǎng)格劃分形式、網(wǎng)格數(shù)量以及湍流模型對(duì)潛艇主體尾流場(chǎng)的影響，初步建立了比較規(guī)范化的、可靠的SUBOFF 潛艇主體尾流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。然后，對(duì)SUBOFF 潛艇＋附體（指揮臺(tái)或尾翼）以及潛艇全附體尾流場(chǎng)的數(shù)值模擬進(jìn)行了比較詳盡的計(jì)算分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，驗(yàn)證了該數(shù)值方法對(duì)潛艇主