潛艇粘性流場的數(shù)值模擬及其阻力預(yù)報(bào)的方法研究.pdf

1、潛艇周圍的流場特別是尾流場的流動(dòng)特性，不僅對潛艇的水動(dòng)力性能產(chǎn)生直接的影響，而且引發(fā)的流動(dòng)是潛艇水動(dòng)力噪聲的主要來源之一。尋求能在已知艇體形狀特征下精確預(yù)報(bào)流場特性的數(shù)值計(jì)算方法，為潛艇概念設(shè)計(jì)階段得出阻力小、噪聲低的最佳潛艇設(shè)計(jì)方案提供評價(jià)依據(jù)，一直是船舶水動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要的研究課題。 回轉(zhuǎn)體繞流場數(shù)值計(jì)算是CFD 領(lǐng)域一個(gè)經(jīng)典的問題。首先通過對回轉(zhuǎn)體的數(shù)值模擬結(jié)果來驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算程序的有效性是一個(gè)比較好的思路。本文基于R

2、ANS 方程，采用κ- ε兩方程湍流模型來封閉控制方程，采用有限體積法離散控制方程，對于速度壓力關(guān)聯(lián)方程，應(yīng)用協(xié)調(diào)一致的SIMPLEC 算法求解，變化率項(xiàng)用中心差分，對流擴(kuò)散項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式，分別對DARPA 提出的裸艇體SUBOFF-1 模型以及另外兩種回轉(zhuǎn)體模型進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。數(shù)值計(jì)算結(jié)果與測量值相當(dāng)吻合，較有關(guān)文獻(xiàn)的計(jì)算結(jié)果更為接近測量值，表明本文的數(shù)值方法是有效的。 在此基礎(chǔ)上，對DARPA 提出的全附體潛艇模型S

3、UBOFF-8 進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。針對近壁區(qū)域采用一種統(tǒng)一壁面函數(shù)的壁面模型，結(jié)合兩層湍流模型和在近壁面區(qū)域布置精細(xì)網(wǎng)格對流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。給出了模型表面壓力系數(shù)與摩擦阻力系數(shù)分布曲線，以及槳盤面處的速度分布，同時(shí)給出了附體后面的速度矢量圖，觀測到了附體后產(chǎn)生的流場渦旋結(jié)構(gòu)。同實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比，相當(dāng)吻合。同時(shí)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)給出的計(jì)算結(jié)果相比有相當(dāng)大的改進(jìn)。 本文提出了一種滿足排水量、主尺度和均衡條件的實(shí)用水滴型回轉(zhuǎn)體

4、數(shù)學(xué)描述模型以及型線自動(dòng)生成方法。運(yùn)用大量的拖曳水池阻力試驗(yàn)結(jié)果考察了本文采用的潛艇粘性流場數(shù)值計(jì)算方法預(yù)估水下阻力的有效性和可靠性。運(yùn)用我們提出的實(shí)用艇型自動(dòng)生成程序，變化相關(guān)的艇型參數(shù)，建立系列艇型，通過數(shù)值計(jì)算，得到這些艇型的水下阻力系數(shù)，初步建立了“潛艇水下阻力數(shù)值試驗(yàn)水池”。 另外數(shù)值模擬方法預(yù)報(bào)的潛艇阻力數(shù)據(jù)經(jīng)過修正后和常規(guī)潛艇實(shí)測阻力數(shù)據(jù)一起構(gòu)成樣本數(shù)據(jù)庫，采用基于L-M 及貝葉斯正則化方法的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建