AIP系统安全性研究

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1、华中科技大学博士学位论文===============—============一：一：：：摘要在世界局势日趋复杂化的今天，加强国防力量显得尤为重要，而目前我国主要以加强海军力量为主。潜艇作为海军兵力的重要组成部分，担负着特殊的使命。7在未来高科技战争中，其特殊性显得更为突出。为保证其作战使命的顺利完成，除了要求潜艇动力装置能提供足够的能量和功率外，其中最核心的任务是最大限度地降低潜艇的工作噪声和暴露率，提高潜．艇在水下的续航能力，从而在愈来愈先进的潜艇探测装置的对抗中永操胜券。对于发达国家来说，大多以发展核潜艇为主。然

2、而核潜艇不仅造价高昂，而且核辐射仍很严重。因蝴对于发展中国家，采用技术上较为先进、途径上又切实可行的潜艇推进装置，如不依赖空气的动力装置(AlP--Air-IndependentPropulsion)，则不失为一种好的选择，加装了AIP装置的常规潜艇水下续航能力将大为提高。然而AlP系统通常需要一个液氧系统来提供动力，这也就给AIP系统的安全性造成了很大的威胁，前苏联因此还爆炸过两条常规A口潜艇，因此AIP系统安全性问题一直是常规AIP潜艇关注的焦点，它的解决直接关系着常规A皿潜艇的装备和使用，关系着国防力量的强弱。本文

3、对A口系统安全性问题展开了深入的研究。f本文首先分析了本课题提出的背景，接着分析了目前国内外关于越P潜艇的研究现状、气体泄漏扩散模型、扩散方程的数值解法、仿真研究进展，在此分析基础之上确定了本文的研究内容。本文针对A口舱段的实际模型在计算机上建立了其计算机模型，然后利用大型有限元分析软件ANSYS对A球的计算机模型进行了网格剖分，得到其有限元结点、有限元单元、剖面图，这为以后的研究奠定了基础。当氧气在密闭空间内发生泄漏后，首先是进行自由扩散。本文研究了氧气泄漏之后在结构相当复杂的密闭容器(A口舱段)内的自由扩散过程，着重

4、分析了该过程的数学模型、边界条件、初始条件，分析了其离散化过程，得到了其离散化后的数学模型、边界条件。在分析了国内外多种扩散系数的计算方法之后，提出应用富勒公式来简化计算氧气扩散系数。提出应用高级编程语言Matlab6．1对上述模型进行求解，得到该模型的数值解，应用动画等方式研究数值解，结果直观、实用。该数值结果格式通用、易读，在其它编程语言中能够简单地读出，该研究成果为后续的氧传感器最优放置问题提供了计算依据。华中科技大学博士学位论文≈===；=；=====}=====≈=；===；===========；≈=一=当密

5、闭容器内的氧气浓度差达到一定值从而产生浮升力时，密闭容器内的氧气将会呈现整体对流流动。本文研究了AIP舱段内氧气在密闭容器内的对流扩散过程，建立了该过程的数学模型、边界条件、初始条件、求解算法，提出了～种对流速度的简化形式，应用有限元算法对上述模型进行离散化，并且应用高级编程语言Matlab6．1对该模型进行求解，得到其数值解，同样应用动画等形式对数值解进行处理，结果直观地再现了对流扩散过程，该研究丰富了密闭容器内的气体对流流动研究理论。当密闭容器内的氧气浓度达到该密闭容器所能承受的临界值时，必须采取措旖降低密闭容器内的

6、氧气浓度，如打开通风口等。本文研究了当打开AIP舱段通风口时的氧气对流扩散过程，分析了该过程的数学模型和动量方程式，并对这两个模型进行联立求解，得到其数值解和解的动画形式。该研究为解决AIP舱段的危险提供了方法和仿真研究结果，为今后进一步深入的研究奠定了基础。本文首次研究了AIP舱段内氧传感器的最优放置位置问题，提出了两种最优放置位置标准，分别研究了其数学模型、计算算法。研究了当所有可能发生泄漏的泄漏点同时发生泄漏时，在两种最优放置位置标准下的氧传感器最优放置位置计算算法，研究了当可能发生泄漏的泄漏点在等概率随机泄漏情况

7、下的氧传感器最优放置位置问题，并对此进行了仿真研究，研究成果得到有关部门的肯定。本文首次研究了AIP舱段内氧传感器最优放置位置与军方所感兴趣点之间的关系，针对军方所提出的感兴趣点，绘制了氧传感器最优放置位置与感兴趣点之间的氧气浓度关系图，该关系图形象直观地反映了二者之间的关系，从而也间接地说明了氧传感器最优放置位置研究的正确性。∑，。——9y关键词：AlP系统安全性问题对流扩散密闭容器通风条件最优放置位置H华中科技大学博士学位论文AbstractNowadaystheworldsituationisbecomingcom

8、plex，SOitisveryimportanttoenrichtheforceoftheNationalDefence，andinotlrcountrythemainmeasureistoenrichtheNavyforce．SubmarineistheimportantpartoftheNavyforce，whi