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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:何广华,刘双,张志刚,张伟,王威,高云,潘雁甲.深水密度层航行潜艇兴波尾迹分析[J].哈尔滨工业大学学报,2022,54(1):40.DOI:10.11918/202008068
HE Guanghua,LIU Shuang,ZHANG Zhigang,ZHANG Wei,WANG Wei,GAO Yun,PAN Yanjia.Analysis on the wake of submarine navigating in deeper density layer[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2022,54(1):40.DOI:10.11918/202008068
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深水密度层航行潜艇兴波尾迹分析
何广华1,2,3,刘双1,张志刚1,张伟2,王威2,高云2,潘雁甲3
(1.哈尔滨工业大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001; 2.哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院,山东 威海 264209; 3.山东船舶技术研究院,山东 威海 264209)
摘要:
为研究不同航行参数对深水密度层航行潜艇兴波尾迹特性的影响,基于黏流理论,通过用户自定义函数方式给定各项流体层分布,建立用于密度分层流中水下潜体水动力特性模拟的多相流数值模型。对在深水密度层即内波交界面以下以不同航速、下潜深度航行的SUBOFF潜艇兴波尾迹特性进行数值仿真,并对波切线、水质点速度分布、兴波分布等结果进行分析讨论。研究结果表明:航速对深水密度层航行潜艇兴波尾迹的影响较大,在Fr为0.6附近的中速阶段,潜艇首、尾兴波尾迹最为明显;潜艇下潜深度主要影响自由液面及内交界面处的兴波波幅;与浅水密度层航行潜艇兴波尾迹相比,深水密度层航行潜艇产生的自由面尾迹特征相似,但内波面尾迹会明显不同;交界面上的水质点速度分布随各航行参数的变化与兴波尾迹的变化具有一致性。揭示潜艇在深水密度层这一特殊位置处航行时的兴波尾迹特征,可丰富不同位置处航行潜艇水动力特征分析的手段,并为潜艇的非声探测提供参考。
关键词:  密度分层流  深水密度层  CFD  航速  航行位置  兴波尾迹  SUBOFF潜艇
DOI:10.11918/202008068
分类号:U661.1
文献标识码:A
基金项目:山东省泰山学者工程专项经费 (tsqn201909172); 山东省高等学校青创科技支持计划(2019KJN003); 国家自然科学基金(51809278)
Analysis on the wake of submarine navigating in deeper density layer
HE Guanghua1,2,3,LIU Shuang1,ZHANG Zhigang1,ZHANG Wei2,WANG Wei2,GAO Yun2,PAN Yanjia3
(1. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; 2. School of Ocean Engineering, Harbin Institute of Technology, Weihai, Weihai 264209, Shandong, China; 3. Shandong Institute of Shipbuilding Technology,Weihai 264209, Shandong, China)
Abstract:
To investigate the influence of different navigation parameters on the wave-making characteristics of submarines navigating in deeper density layers, based on viscous-flow theory, a multi-phase flow numerical model with user define function to specify the distribution of different fluid layers is established for analyzing the hydrodynamic characteristics of the submarine navigating in density-stratified fluid. The wake characteristics of the submarine navigating with different forward speeds and submerged depths in deeper density layer, which means the navigating position below the interface of internal wave, are numerically simulated. And the discussion is carried out by analyzing the results of wave profile, fluid-velocity distribution and wave pattern. The results show that the forward speed has a remarkable effect on the wake of the navigating submarine in the deeper density layer. The most significant wake on the bow and stern of the submarine is noticed when the submarine is advancing at a the mid-speed stage near Fr=0.6. The submerged depth of the submarine affects the wave amplitude on both the free surface and the internal surface. Compared with the submarine navigating in the shallower density layer, the wave-making characteristics on free surface generated by the submarine navigating in the deeper density layer are similar, but the internal surface wake is significantly different. The change of the fluid-velocity distribution on the interfaces with different navigation parameters is consistent with the change of the wave-making characteristics. Revealing the characteristics of wave-making of submarines when navigating at a special position in the deeper density layer can enrich the analysis methods of hydrodynamic characteristics of navigating submarines at different positions, and provide a reference for submarine non-acoustic detection.
Key words:  density-stratified fluid  deeper density layer  CFD  forward speed  navigation position  wake  SUBOFF subrnarine

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