水下运载器调节索抗流功能的数值计算与分析.pdf

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1、第16卷第7期2012年7月船舶力学JournalofShipMechanicsVoLl6No．7Jul．2012文章编号：1007-7294(2012)07-0774一ar7水下运载器调节索抗流功能的数值计算与分析王帅，刘涛，张文忠(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：调节索是从水下运载器悬下的重型链条，能够在运载器悬停于水中时起到辅助抗流的作用。文中给出了调节索实现抗流功能的控制方程，并对方程中用到的运载器纵向阻力系数、垂向运动时的水动力系数及附加质量进行了数值计算，最后给出j，调节

2、索长度及重量对运载器抗流调节范围的分析结果。关键词：水下运载器；悬停；调节索；数值计算；辅助抗流中图分类号：U661．3文献标识码：ANumericalcalculationandanalysisofanti-currentfunctionprovidedbyaheavyropeonunderwatervehicleWANGShuai，LIUTao，ZHANGWen-zhong(ChimShipScientificResearchCenter,Wuxi214082,China)Abstract：Ahe

3、avyropehungfromunderwatervehiclecanhelpresistbothhorizontalandverticalcurrents．Thecontrolequationswhichcanfulfdanti-currentfunctionoftheheavyropewereproposed．Ntuneriealcal-culationoftransversefrictionfactors，verticalhydrodynamicforcefactorsandaddedmassu

4、tilizedinthee-quationswhenunderwatervehiclemovesinhofizontalandverticaldirectionswa8alSOcarriedout．Finally．theanalysisresultsofunderwatervehicleanti-currentadjustablerangebydifferentlengthandweightoftheheavyropeweresiven．Keywords：underwatervehicle；hover

5、ing；heavyrope；numericalcalculation；anti—currentaid1引言对于军用水下运载器而言，提高隐蔽性和节省能源是影响其实际作战的关键因素。水下悬停具有显著降低运载器噪声、节省电能的优点，因此成为运载器水下停泊的重要方式之一【”。由于无动力情况下运载器不能自主抵抗海流的作用，可借助悬停装置调节索来辅助抗流，以达到悬停平衡状态。调节索是从水下运载器悬下的一根重型链条，用于运载器接近海底时调节浮力，其长短由专用绞车收放。调节索的第一次应用是在Piccard设计的深潜器

6、“FNR一3”号上，取得了很好的效果口l。它的基本功能就是通过调节水中及海底的索链重量达到辅助运载器抗流的作用。调节索的抗流控制方程中分别用到了水下运载器的纵向阻力系数和垂向运动时的水动力系数及附加质量，目前这三项的计算方法主要有经验公式估算法、CFD数值计算方法、模型试验等。模型试验方法精度最高，但考虑到试验成本高、耗时长，本文采用CFD软件Fluent进行数值计算：模拟运载器在流场中做匀速直航运动得到纵向阻力系数t；模拟其沿垂向匀速运动后突变为匀加速度运动，得到收稿日期：2011-05—21作者简

7、介：王帅(1988一)，女。硕士研究生；刘涛(1967一)，男，中国船舶科学研究中心研究员。第7期王帅等：水下运载器调节索抗流功能⋯775运载器垂向附加质量A∞及水动力系数￡。最后得出了调节索辅助运载器抗流的调节范围。2调节索抗流功能的实现水下运载器需悬停时，一般先降到经济航速工况，以微速航行并进行准确的均衡，然后关闭推进器，再消除零升力z0(运载器上下对称时Z0=0)、零升力矩％，以及残存的浮力差和力矩差，使运载器处于静平衡状态。而实际上，均衡总有一定的误差。外界也会对运载器有干扰，如海水密度变化、

8、海流和海面风浪扰动作用等。这些因素可能引起运载器悬停位置的移动以及深度的起伏变化，并伴随不大的纵倾[3】，本文主要考虑海流对运载器悬停的干扰影响。取右手坐标系O-xyz，坐标原点0位于运载器长度中点，并轴沿纵向指向运载器艏部为正，Y轴沿横向指向运载器左舷为正，z轴垂直于水平面向上为正。运载器悬停状态下最常遭受的是斜向海流，如图l所示。当运载器悬停时，通常使其纵向为迎流状态，以最大程度降低运载器在水平面的位置移动，并由艏部侧向推进器进行水平面内的调节。因此