潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究.pdf

《潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第41卷第4期2012年08月船海工程SHIP＆OCEANENGINEERIN6VqI4JNo4Aug2012do／：103963／j．issn1671—7953201204046潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究陈生春．刘辉，李其修(海军工程大学，船舶与动力学院，武汉430033)摘要：为了探索潜艇应急起浮时的运动规律，在建立潜艇应急挽回操纵运动模型基础上，结合潜艇大攻角操纵性拘束船模水动力试验获得不同攻角状态下的水动力系数。引入敏感性指数概念，对敏感性指数高的水动力系数进行回归拟合时分为小攻角水动力系数和大攻角水动力

2、系数两段进行描述，对潜艇不同事故应急起浮机动性进行仿真，得到潜艇应急起浮运动参数变化规律。结果表明．文中计算方法能够正确预报潜艇应急起浮的运动规律。关键词：操纵：模型；攻角；水动力；预报中图分类号：U67494文献标志码：A文章编号：1671—7953(2012)04-0168434关于潜艇舱室进水情况下的应急上浮运动与操纵方法研究主要通过试验和计算帆模拟。试验研究包括实艇试验和船模试验两种方法⋯。船模试验是替代实艇试验的有效方法，但由于船模尺寸和试验水池尺寸等的限制对船模试验结果精度产生一定的影响，对此国内外迄今尚未完

3、全锯决”1。本文采用水动力系数敏感性指数的判别方法对船模试验测定数据进行回归拟合，得到潜艇小攻角和大攻角不同状态下的水动力系数，对潜艇舱室进水情况下的机动性进行预报。1潜艇应急操纵运动模型1．1坐标系为研究方便，建立如图1所示的潜艇坐标系。E—f∞f是固定于地球的坐标系．0(c)一xyz是固定于潜艇的坐标系。图中x、y、z、K、M、『v分别为潜艇轴向、侧向和垂向方向上所受的力和力矩。固l坐标系收稿日期：2011—08—24修回日期：2011—09—26第一作者简介：陈生春(1960一j，男，硕士．副教授研究方向：舰艇防险

4、救生技术E·inall：liuhui503@126corn1681。2潜艇空间基本运动方程．潜艇应急上浮过程是一个强机动的空间运动过程，表现出很强的非线性，潜艇水平面运动和垂直面运动之间的耦合影响非常突出，常常出现很大的纵倾角和横倾角。因此，研究潜艇的应急上浮运动必须采用六自由度运动方程。以】967年美国泰勒海军舰船研究与发展中心(DTNSRDC)发表的潜艇六自由度空间运动方程作为操纵运动的基本运动方程，并在潜艇大攻角和螺旋桨变负荷水动力试验基础上碍到潜艇应急机动时大攻角机动引起的附加水动力系数项，限于篇幅不予列出。1．

5、3高压气应急吹除压载水舱模型应急吹除时，高压气瓶释放气体快速流人压载水舱，由于吹除过程快速，在压载水舱内混合了气和水，认为是一个恒温过程”1。在高压气瓶中，压力下降很快。由于热交换过程缓慢，高压气瓶的放气过程认为是绝热过程。当空气开始释放到压载水舱时，发现在这一过程最初的20～30s，压力和温度几乎完全恒定，认为压载水舱中压缩气体的流动是绝热膨胀过程。见图2。高蘧通海阀pF-高压气瓶压力；vr一高压气瓶容积；n一高压气瓶中气体温度；pr一高压气瓶中气体密度ipR一压载水舱中气体压力；yF一压载东舱容积；T#．压载永舱中气

6、悻盈度；4H哺海闽面积；”“一压载水舱排水速度图2高压气应急吹除系统模型潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究——陈生春，刘辉，李其修1．3．1吹除产生的浮力吹除压载水舱产生的浮力可以通过压载水舱中排出的水量表示，而压载水舱流出的水的速度随压载水舱和环境压力变化而不同，因此压载水舱的排水速度‰为／2(P。一P。)～p式中：p。——瞬时环境压力，Pa；p——海水的密度，kg／m3。qB=Ch‰AH式中：q。——从压载水舱流出的流量；Ch——损耗系数，文中取C。为0．7。宫=∑宫。=∑g。；(2)；(c⋯A．√掣)(3)式中：日

7、——压载水舱产生浮力的变化率；i——潜艇压载水舱的个数。1．3．2压载水舱中的压力假定压载水舱中温度恒定：PB％=mBRTB(4)式中：m。——压载水舱的空气质量，kg；R——气体常数，取287．1J／(kg·K)。式(4)两边对时间求导可得如。挚％咄警i2—矿-(5)1，3．3高压气瓶释放的气体流量1)释放初期。当堕PP≤(F各)4，根据由初始压力引起喷射的拉瓦尔喷管模型，从气瓶流出的最大流量为m。=纂扛磊浮㈤“92—鬲√。L丽)“’∞’式中：m，——气瓶流出气体的流量；A，——喷嘴的喷口面积：C----气瓶阀系数(O

8、≤C≤1)；^——等熵常数，取k=1．4。2)释放中期。当l≥堕Pv≥f寿)。，考虑存在压力降的拉瓦尔喷管，在压力变化过程中，流量可写成ttilr=Ac石万-√≠鲁((筹)+一(筹)牛)(7)式中：A——喷嘴的有效面积。3)释放后期。当P。=p，，气瓶流量为0，则气瓶的瞬时压力和温度为旷(≯‰m(≯～‘‰(8)式中：