潜艇大攻角操纵运动预报.pdf

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1、第14卷第4期2010年4月船舶力学JoumalofShipMechanic8VoLl4No．4Apr-2010文章编号：1007-7294(2010)04-0340_07潜艇大攻角操纵运动预报何春荣，赵桥生，马向能(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：舱室破损进水是造成潜艇失事的主要险情之一。文中针对潜艇首部破损进水并采取应急吹除上浮时出现的大攻角运动状态，建立了潜艇大攻角操纵运动数学模型。通过数学模型中有、无考虑大攻角水动力修正的两种形式，对潜艇首部舱室破损进水的挽回操纵进行了仿真预报比较。仿真结果表明，潜艇在大攻角状态下的

2、操纵运动预报，数学模型中考虑了大攻角水动力修正后的预报更加合理。而且，在潜艇舱室破损进水采取应急吹除挽回时，需要重点关注升降舵对纵倾的控制。关键词：潜艇；操纵性；仿真；大攻角中图分类号：U664．82文献标识码：APredictionofsubmarinemaneuVerabilitywithhighanglesofattackHECh驴rong，ZHAoQi∞一skng，MAxiang_舭ng(ChinaShipscientmcRe$earchCenter’Wuxi214082，China)Abstract：Onemajorhazardis

3、nooding，whichcausesthelossofasubmarine．Inthispaper，apredictionmetllodofsubm撕nemotionwithhighanglesofattackisintroducedwhenblowingmainballast．Amathe-maticalmodelofhighmaneuverwasestablished，whichtookintoconsiderationtheforceandmomentitemsduetohighandesofattack．Theresultsofsi

4、mulationintwodif佟rentmodelsshowthatthemodelofhighattackandesissuitedforeme唱encyblowingascent．Also，itisessentialtocontrolthetrimaftereme唱en-cyblo诵ngbystemplanestoreachthesu血ceasquicklyaspossible．Keywords：submarine；maneuverability；simulation；highangleofattack1引言潜艇在水中航行或战斗时，由于

5、破损、碰撞造成舱室进水，也可能因操纵错误引起各舱口、鱼雷发射管进水，或因通海阀件、接头的泄露，引起浮力损失。当发生海损事故后若不及时采取应急措施，潜艇会迅速下沉，而且伴随出现危险纵倾，危及潜艇生命力。而通常采取的挽回措施是应急吹除上浮，并适宜配合使用车、舵挽回。然而，潜艇在应急吹除上浮过程中时常会出现较大攻角，极端状态下攻角甚至会接近90。。此时，在大攻角状态下的潜艇艇体流动严重分离、附体失速，致使潜艇水动力特性与常规机动状态存在显著区别。国际上对大攻角问题的研究起步较早，几乎与潜艇空间运动的研究同步。俄罗斯在1967年提出了大攻角状态下模型

6、水动力试验的横向雷诺数要求；1999年在伦敦召开的第六届国际潜艇学术会议收稿日期：2009—11—30作者简介：何春荣(1967一)，男，中国船舶科学研究中心研究员。第4期何春荣等：潜艇大攻角操纵运动预报341上，法国国家航天研究院(ONERA)的法尔西【1】将大攻角飞行器操纵性数值计算方法应用到潜艇的运动分析中。而且，ONERA还在风洞中进行了潜艇大攻角模型试验，测量了潜艇在大攻角情形下的力和力矩。试验攻角从一80。至一100，特征长度的雷诺数为106，试验结果表明潜艇大攻角时漂角对横滚力矩存在显著影响。2002年Bystrom[2】详细展

7、示了瑞典国家哥德堡模型试验水池(SSPA)的模拟潜艇破损进水和吹除挽回模拟技术，并研究了不同潜深和不同破损状态下挽回方法。国内的研究学者对大攻角水动力问题也做了诸多探索与尝试M。本文以潜艇大攻角状态下的拘束模型试验为基础，借助潜艇垂直面分离型模型方法川修正了潜艇在大攻角状态下的水动力，建立了潜艇大机动数学模型。针对潜艇首部舱室破损进水的应急工况，分别利用数学模型中有、无大攻角水动力修正的两种形式，对吹除首、中组压载水舱的操纵运动进行了仿真预报比较，并对吹除同时操尾舵控制纵倾的挽回过程实施了仿真模拟。2潜艇大攻角操纵运动数学模型2．1潜艇大机动

8、数学模型的基本形式本研究采用的潜艇大机动数学模型是以泰勒水池在1967年发布的潜艇六自由标准运动方程为基础，根据大攻角情况下潜艇的受力分析和拘束模型试验结果，适当补