水下航行体热尾流特性的技术融合
超空泡航行体尾部流体动力特性试验模型支撑方式的选择研究
2007年第26卷12月第12期机械科学与技术M e c h a n i c a l S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y f o r A e r o sp a c e E n g i n e e r i n gD e c e m b e rV o l.262007N o.12收稿日期:2006-10-20作者简介:蒋增辉(1980-),男(汉),内蒙古,博士研究生,j z h h i t@163.c o m超空泡航行体尾部流体动力特性试验模型支撑方式的选择研究蒋增辉,于开平,张嘉钟,黄文虎,王 聪(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨 150001)摘 要:在水洞中进行了尾支撑、腹支撑和头支撑3种支撑方式的模型试验,以探索对于超空泡航行体尾部流体动力特性研究比较好的支撑方式。
试验发现,尾支撑模型的尾部支撑杆对空泡形态有引导作用,因此改变了空泡尾部形态。
腹支撑模型的支撑键会阻碍空泡越过,对空泡形态破坏较大。
而头支撑模型则避免了上述问题,试验得到的空泡形态以及与之相对应的流体动力曲线较为合理,因此比较适合超空泡尾部流体动力特性的研究。
关 键 词:超空泡航行体;空泡形态;支撑方式;水洞试验中图分类号:T V131.3 文献标识码:A 文章编号:1003-8728(2007)12-1648-04S e l e c t i n g t h e S t r u t t i n g P o s i t i o nf o r Mo d e l s o f E x p e r i m e n t s o nH y d r o d y n a m i c C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e A f t S e c t i o n o f a nU n d e r w a t e r S u p e r c a v i t a t i n g V e h i c l eJ i a n g Z e n g h u i,Y u K a i p i n g,Z h a n g J i a z h o n g,H u a n g W e n h u,W a n g C o n g(S c h o o l o f A s t r o n a u t i c s,H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,H a r b i n150001)A b s t r a c t:I n a h y d r o d y n a m i c t u n n e l,t o s e l e c t t h e b e s t s t r u t t i n g p o s i t i o n s w e c a r r y o u t t h e e x p e r i m e n t s o n t h e t h r e es t r u t t i n g p o s i t i o n s o f a n u n d e r w a t e r s u p e r c a v i t a t i n g v e h i c l e:s t e r n,m i d d l e s e c t i o n a n d n o s e s e c t i o n a n ds t u d y t h eh y d r o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f i t s a f t s e c t i o n.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t w h e n t h e s t r u t i s m o u n t e d a t t h em i d d l e s e c t i o n,i t b l o c k s t h e c a v i t y f r o mc r o s s i n g o v e r,d a m a g i n g t h e c a v i t y s h a p e s e v e r e l y.W h e n t h e s t r u t i s m o u n t-e d a t t h e n o s e s e c t i o n,t h e a b o v e p r o b l e m s a r e s o l v e d,a n d t h e c a v i t y s h a p e o b t a i n e df r o mt h e s t r u t t i ng p o s i t i o n p r o-d u ce s a r e a s o n a b l e c u r v e t h a t c o r r e s p o n d s t o h y d r o d y n a m i c s c u r v e.T h e r ef o r e t h e s t r u t t i ng a t th e n o s e s e c ti o n i s s u i t-a b l e f o r t h e s t u d y o f h y d r o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e a f t s e c t i o n o f a n u n d e r w a t e r s u p e r c a v i t a t i n g v e h i c l e.K e y w o r d s:u n d e r w a t e r s u p e r c a v i t a t i n g v e h i c l e;c a v i t y s h a p e;s t r u t t i n g p o s i t i o n;h y d r o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c;h y-d r o d y n a m i c t u n ne l e x p e r i m e n t 超空泡是航行体在水下高速运动时产生的自然现象,当水下航行体被一个稳定的超空泡所包裹时,由于超空泡现象造成的高水平的减阻效果,使得航行体可以获得极高的速度。
红外探测中潜艇冷热尾流的传热传质特性
Ab s t r a c t :Th e t h r e e — d i me n s i o n a l mo d e l 0 1 / 7 2 L S I I n u c l e a r s u b ma r i n e Wa s e s t a b l i s h e d u s i n g t h e f i n i t e
ZH ANG Xu — s he n g ,GUo Li a n g,H U Ri — c h a,LI U Chu n — l on g
( Ch a n g c h u n I n s t i t u t e o f Op t i c s ,Fi n e Me c h a n i c s a n d Ph y s i c s,
t e mp e r a t u r e — — d e ns i t y s t r a t i f i e d s e a wa t e r a nd h i g h— — t e m pe r a t u r e t he r ma l s p r a y o n t h e he a t a nd m a s s
度分层海 水浮升形成冷尾流温差信号 , 与温度密度均匀海水相 比, 海表温变区域显著增大 、 尾流温差 由 6 . 1 3 mK 增 大 到
8 4 mK; 通过 海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜 艇 , 若 存在 , 再 结 合 海 表 下 游 热 尾 流 特 征Ac a d e my o f S c i e n c e s , C h a n g c h u n 1 3 0 0 3 3 , C h i n a )
*C o r r e s po n di n g a u t h o r,E- ma i l : z xs 1 9 3 3@1 2 6 . c o n r
航行体不同速度出筒尾部流场及受载特性分析
Vol.37 No.866舰船电子工程Ship Electronic Engineering总第278期2017年第8期航行体不同速度出筒尾部流场及受载特性分析*李智生1赵欣2(1.91550部队大连116023) (2.大连大学信息工程学院大连116622)摘要以典型的大长细比轴对称航行体垂直出筒过程为对象,采用fluent方法求解三维轴对称非定常雷诺平均N-S 方程,对不同出筒速度条件下的航行体尾部流场及受载特性进行研究,给出了水下航行体尾部流场及受载的变化规律。
结 果表明:数值模拟计算结果与试验测量结果吻合较好。
不同的出筒速度条件下,航行体尾部流场及载荷压力均呈现明显的 振荡现象。
出筒速度越大,燃气泡发展越充分,断裂时间越早,筒口气泡和尾泡越大,对航行体的冲击越小;出筒速度越大,航行体加速度越小,所受流体载荷作用的时间越晚,振荡峰值越大。
关键词水下航行体;出筒速度;流场;载荷中图分类号 V525 D O I:10. 3969/j.issn. 1672-9730. 2017. 08. 016Characteristic Analysis about Trailing Flow and Load ofUnderwater Vehicle for Variable Launching VelocityLI Zhisheng1Z H A O Xin2(1. N o.91550 Troops of P L A,Dalian116023)(2. Information Engineering College,Dalian University,Dalian116622)Abstract A typical large slenderness ratio and axis-symmetry vehicle in a vertical launching process i s studied,using fluent simulation method for solving three-dimensional axisymmetric unsteady R A N S equations,the railing flow and load characteristics of the vehicle are analyzed for variable launching velocity,The change regularity of flow and load i s studied by conducted simulation on a typical underwater projectile shape model.The result shows that the simulation result agree with experimental results well.U nder the condition of variable launching velocity,the railing flow and load present oscillation,the larger launching velocity,the greater the bubble develops,also the greater the bubble volume,the more early the bubble breaking,and shows that the larger launching velocity,the smaller acceleration,also the later the fluid loading action time,the bigger oscillation peak.K e y W o r d s underwater vehicle,launching velocity,railing flow,loadingClass N u m b e r V5251引言水下航行体进行垂直发射时,需要依靠燃气发 生器的燃气压力将航行体弹射出筒。
基于温度场剖面的航行器热尾迹红外识别算法
第 41 卷 第 11 期 2019 年 11 月
红外技术 Infrared Technology
Vol.41 No.11 Nov. 2019
根据仿真结果分析和实验验证[2-5],水下航行器在温度 均匀和正温度梯度(自海表至海底温度逐渐升高的温 度梯度)的海表形成高于周围海表温度的正温差信号, 在负温度梯度(自海表至海底温度逐渐降低的温度梯 度)的海表形成低于周围海表温度的负温差信号,正、 负温差信号统称为水下航行器热尾迹。利用机载或者 星载高精度的红外探测仪探测海面温差信号[6],对该 区域进行有效分割与分析,即可间接判断水下航行器 的存在性[7]。
0 引言
海洋主权问题一直受到各国的高度关注,海防力 量的强弱对于一个国家至关重要。潜航器作为海军作 战的重要力量,具有极强的隐蔽性和机动性,在现代 海战中发挥着举足轻重的作用。因此,对于实时、可 靠的潜航器探测技术的研究具有十分重要的意义[1]。 水下航行器在温度均匀的海水中由于动力系统放热、 螺旋桨打水和运动摩擦等原因使周围海水温度升高, 温度较高的海水受到浮力作用浮升至海面形成热尾 迹;在温度分层的海水中,螺旋桨的扰动会使下层温 度的海水翻滚至上层,也形成温差信号传递至海面。
பைடு நூலகம்
摘要:提出了一种利用热尾迹区分水下航行器和水面航行器的手段。通过分析热尾迹红外图像,借鉴
等位面的概念,提出了一种基于温度场剖面的航行器热尾迹识别算法。首先构建热尾迹红外图像的三
维示意图,然后在此基础上通过全局温度特征确定的等间隔温度剖面来对其进行分割,最后将反映温
度分布离散程度的自定义参数 sigma 和反映温度分布离散程度变化情况的自定义参数 delta 作为特征来
目前多数学者致力于研究热尾流的生成、浮升规 律及温差、波形轮廓等方面特征。研究表明,尾流在 水中的浮升过程都属于湍流运动[8],但与水面航行器
水下航行体热尾流水面温度特征的研究
和发 展。 20 年 , T o a S L n 04 h m s . u d等 人 [ 对 潜 】
然后 在分 层水 槽 中对 自由表 面 的温度 特征 的变 化规律进行 了实验 , 验证 了该模型 的正确性 , 并
具体 分析 了热尾 流 的温 度变 化 分布 特 点 ,为水 下 航行体 的红外 探测 提供 了科学 的理 论 与实验
用 P S 。同时 ,将 松弛 因子设 为 0 —0 IO . 7 . 8,以
保 证求解 的稳定 性 。
的直径 D = .i 0 01n,排放 口 e 到上 边界 c 的距离
为 2.5n,到 左 边 界 a的距 离 为 1. 。 0 3i 56 多
依据 。
水体 的尾 流场 进 行 了数值 模 拟研 究。他 们是 用 直接 数 值模 拟 方法 模 拟 尾流 近 区 ,并 用 大旋 涡
模拟 方法 模 拟尾 流远 区 的。 20 05年 ,洪 方文 等 人 【 分别通过 R N 方程和 V F方 法的非定 常 ] A S O 粘 性数 值 方法 对潜 艇 在温 度均 匀 的水 下运 动 时 产生 的表面 尾迹 特征 进行 了研 究 。 20 年 ,张 08
健 等人 f 通 过实验分 析 了水下 运动体 排放 冷 却 o ]
水 时 所形 成 的热 尾 流温 度分 布 特 征 。他 们通过
1 水 下航 行 体 尾 流 与 水 面相 互 作 用 的 模 型
图 l 出 了在温 度分 层 海洋 中排 放热 水 的 给 水 下航行 体 的热尾 流 浮 升及 其与 自由表 面的相 互 作用所经历 的 3 阶段 。 个 第一 阶段为热尾 流的 浮升 阶段 ( 其纵 向长度 为 。 ,其 中 为热 尾 。
温度分层海洋中水下航行体引起水面特征参数变化规律的研究
( ol e f aa Arht tr adP w r aa U i ri f n ier g Wua 4 0 3 , hn ) C l g o N vl c icue n o e,N v l nv syo E gn ei . h n 3 0 3 C i e e e t n a
第 3 卷 第 4期 2 2 1 年 4月 O0
红 外 技 术
I r r dTe hn og nfa e c ol y
、 .2 N o. b13 4 Apr 2 0 . 01
温度分层海洋 中水下航 行体 引起水面特征参数 变化规律 的研 究
吴猛猛 ,陈伯义 ,张修峰 ,杜永成 ,杨 立
Th t d n t eVa i d La f u f c e t r r m ee s eS u yo re wso r a eF a u ePa a t r h S
Ca s d b i gBo y Un e wa e h e p r t r t a i c t n Oc a u e y a Go n d d r t ri t eT m e a u eS r t a i e n n i f o
( 军工程大 学船舶与动力学院 ,湖北 武汉 4 0 3 ) 海 3 0 3
摘要 : 温度分层海洋中水下航行体引起水面特征参数的变化规律是发展红外反潜技术的关键课题。 基
于有限体积法的 F U N 软件 ,在具有垂直温度分层的海水 中,对排放热水的水下航行体热尾流的 LET 浮升过程及其与 自由表面的相互作用进行 了数值模拟,获得 了水下航行体 弓起 的自由表面的温度、密 I 度、速度等特征参数的变化规律,并对温度变化规律进行 了实验验证,可为水下航行体 的探测提供一 定 的理论基 础 。 关键词:温度分层;水 下航行体;热尾流;水面特征 中 图分 类号 :T 1 N25 文献标 识码 :A 文 章编 号 :10 .8 12 1)404 —5 0 189 (000—2 20
水下航行体热尾流特性的技术融合
水下航行体热尾流特性的技术融合水下航行体热尾流特性的技术融合在水下航行的过程中,船体的热尾流是一项十分重要的研究课题。
船体的热尾流对船舶的性能、燃料消耗等方面都有重要的影响。
随着技术的不断发展,船厂、船东和研究人员对于船体的热尾流越来越重视,并且在研究和应用中出现了一些技术融合的方法。
本文将从多方面介绍技术融合在水下航行体热尾流特性中的应用。
1. 测量技术融合:传统的热尾流测量方式主要是利用热点红外相机观测热辐射图像,但是缺点是测量精度不高、数据处理困难。
为此,在测量技术上引入微型热敏电阻阵列技术,可以精确地测定热流分布和流向状况,同时也可以测量船底部位的热流图像。
这种技术的应用可以提高测量精度,从而更准确地了解船体的热尾流特性,为船舶设计和航行提供有利参考。
2. 计算模拟融合:传统的热力学计算模拟通常只是对船体的流场和温度场进行简单模拟,难以准确描述船体热尾流的特性。
为此,在计算模拟上引入基于多孔介质理论的计算模型,可以更加真实地模拟船体热尾流和水流的耦合作用,从而更准确地预测船体热尾流对船舶性能和燃油消耗的影响。
3. 液体空气动力学融合:船体周围的水流场和空气流场是相互联系的,特别是在高速航行时,水流和空气流动的相互作用显得尤为突出。
为此,在液体空气动力学方面引入融合技术,可以清晰地描述船体周围的水流和空气流场,分析船体热尾流和流动的相互影响关系,对船体的动力特性进行综合分析和优化。
4. 数据可视化融合:通过引入数据可视化技术,可以更加清晰有效地展示船体的热尾流图像和数值计算结果,帮助船员和设计人员直观地了解船体的热尾流分布和热流路径,为船舶设计和航行提供更有价值的参考。
以上四种技术的融合,可以更加全面地研究船体的热尾流特性,为船舶设计和使用提供更加科学的依据。
随着技术的不断进步,水下航行领域中技术的融合将会越来越广泛,从而更好地满足人类对于水下航行领域的需求。
数据是科学研究和决策制定的重要依据,对于水下航行体的热尾流特性研究也不例外。
水下运动体尾流的浮升规律及其水面冷热特征的数值模拟
Nu e i a i u a i n o he b y n a n he c l t e m a m rc lsm l to n t uo a t l ws a d t o d—h r l
s f c e t e ft k e i d a m o i g u d r tr b d ur a e f a ur s o he wa e b h n v n n e wa e o y
陈伯 义 雷渡 民 吴猛猛 , 志辉 , , , 谢 陈圣涛 , 士成 张 (. 1 海军工程大学 船舶 与动力 学院 , 湖北 武 汉 4 03 ; . 30 3 2 海军装备技 术研 究所湛 江研 究室 , 东 湛江 广
5 40 ; . 2 0 1 3 海军潜艇 学院 培训 系, 东 青 岛 2 6 4 ; . 山 60 4 4 水下测控技术 重点 实验 室, 宁 大连 16 1 ) 辽 10 3
第 4 卷 第 5期 l
VO1 NO. . 4l 5
红 外 与 激 光 工 程
I fa e n s r E gn
21 0 2年 5 月
Ma 2 2 v.01
水 下 运 动体 尾 流 的 浮升 规 律 其 水 面冷 热特 征 的数 值 模 拟 及
Ch n Bo i,Le m i e y iDu n ,W u M e g e g ,Xi iui n m n 。 e Zhh ,Ch n S e g a e h n t o ,Zh n h c e g a g S ih n
水下航行体热尾流浮升特性研究
水下航行体热尾流浮升特性研究随着水下航行技术的不断发展,研究水下航行体热尾流浮升特性显得尤为重要。
本文将主要介绍水下航行体热尾流浮升特性的研究情况。
研究表明,水下航行体热尾流是制约水下航行器性能的主要因素之一。
由于水下环境中的温度和压力变化较大,当水下航行器通过水体时,航行器表面产生的热量随即被传递到周围水体,形成一股热尾流。
热尾流的浮力作用会对水下航行器的运动、稳定性和操纵性产生影响。
针对水下航行体热尾流浮升特性,现有研究主要从实验和计算两方面进行探究。
实验方面,有研究者采用水池实验室进行模拟,在不同水流速度和温度下,对水下航行器的浮升性能及其受到热尾流影响的程度进行了测试。
研究结果表明,热尾流强度对水下航行器的浮升力大小、气泡分布和附着状态产生明显影响。
此外,研究者还通过各种方法对热尾流的特征进行了分析,包括研究热尾流中气泡的分布规律、浮力大小及其与水深、航行速度、航行器表面温度的关系等。
计算模拟方面,目前主要采用CFD数值模拟技术对水下航行体热尾流浮升特性进行研究。
研究者基于Navier-Stokes方程和热传导方程对水下航行器和周围水体的流动进行建模和数值求解,并对热尾流产生的气泡分布、浮力大小等参数进行分析。
研究表明,数值计算结果与实验结果基本一致,证明了采用CFD数值模拟技术可以获得较为准确的结果。
综上所述,水下航行体热尾流浮升特性研究对于水下航行器运动、稳定性和操纵性的优化具有重要意义。
目前,热尾流的特性研究仍处于研究初期,需要进一步深入探究。
未来,可以通过提高实验和计算模拟技术的精度、完善热尾流数值模型以及加强水下航行器的热管理等多方面措施来深入研究水下航行体热尾流浮升特性。
对于水下航行体热尾流浮升特性研究,相关的数据主要涉及热尾流强度对水下航行器浮升力大小、气泡分布和附着状态的影响,以及热尾流中气泡的分布规律、浮力大小及其与水深、航行速度、航行器表面温度的关系等。
以下将针对这些数据进行分析。
潜艇水动力尾迹与热尾迹耦合作用的数值模拟
Num e r i c a l S i m ul a t i o n o f t h e Co up l i ng Ef f e c t o f Su bm a r i ne Hy dr o dy na mi c W a ke a nd Th e r ma l Tr a i l
s t r a t i i f e d s e a wa t e r , t h e r o t a t i o n o f t h e p r o p e l l e r wa s ou f n d t o s t i r c o l d wa t e r f r o m t h e l o we r l a y e r s o f t h e s e a
第4 0卷 第 1 期 2 0 1 8年 1 月
红 外 技 术
I n f r a r e d T e c h n o l o g y
vo 1 . 40 N O. 1 J a n. 2O1 8
潜艇水动力尾迹 与热尾迹耦合作用 的数值模拟
刘 洋 ,朱飞定 ,谭 佩钰 ,陈 雄 ,韩玉 阁
c o ol i ng — wa t e r d i s c ha r g e i s r e po r t e d t hr o ug h u s e o f t he VOF mod e l i n AN S YS FLUENT. Th e lo f a t i n g l a w of s ub ma r i ne c oo l i ng wa t e r u nd e r di f f e r e n t o pe r a t i ng c o nd i t i o n s wa s ve if r ie d ,a nd t h e t e mp e r a t u r e d i s t ib r ut i o n
基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法研究
基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法研究周哲; 白宗良; 史径丞; 熊晓菲【期刊名称】《《红外技术》》【年(卷),期】2019(041)011【总页数】8页(P1039-1046)【关键词】红外插值法; 潜艇热尾流浮升; 海面热特征; 红外探测【作者】周哲; 白宗良; 史径丞; 熊晓菲【作者单位】中国舰船研究设计中心湖北武汉 430064; 陕西合众全兴防务科技有限公司陕西西安 710000【正文语种】中文【中图分类】TN215随着遥感技术的发展,利用装载在飞机或卫星上的红外探测装置和高速摄像机等设备仪器可以发现海面上的热尾迹,进而判断分析是否存在潜艇,因此对潜艇排放热尾流的浮升规律和海面热特征的研究一直是潜艇设计和红外隐身领域的重要课题。
潜艇在水下航行时,由废水排放系统排放的冷却水经过与海水的掺混换热和上浮,绝大部分热量在上升过程中被海水吸收,但仍有极小部分会升至海面,对海面加温形成热尾迹,增大潜艇暴露的风险。
尽管这种加温极其微弱,但现代高灵敏度红外探测仪可感应到0.001℃的温差变化[1],因此足以形成对潜艇的致命威胁。
早在1972年Merrit等[2]便开始了对潜艇热尾流温度分布特性的研究,他们对模拟的潜艇无动量尾流进行热敏电阻探测。
国内外研究者相继进行了大量的实验研究,并取得了一系列重要成果[3-7]。
但热尾流浮升过程极为复杂,实验研究成本高、周期长,且易受测量方法及仪器精度的限制。
随着计算机技术的发展,数值方法以其低成本、高效率的优势,越来越成为一种重要的科研手段。
吴猛猛等[8]和张昊春等[9]在二维平面内对潜艇热尾流浮升扩散过程进行了仿真研究。
陈伯义等[10]探讨了温度恒定海水和温度分层海水中水下运动体冷热尾流浮升扩散规律及水面冷热特性的差异,研究表明,相对于温度恒定海水的海面“热尾流”,温度分层海水的“冷尾流”特征更为显著。
张旭升等[11-12]和刘洋等[13]运用动参考系实现考虑潜艇尾部螺旋桨旋转的仿真研究,评估下潜深度、排水口形状及温度等因素对热尾流浮升扩散规律及海面温度特性的影响。
水下航行体热尾流水面温度特征的研究
水下航行体热尾流水面温度特征的研究近年来,随着经济的发展,水下航行体(UUV)越来越受到重视,由于它们能够有效地探测和监视海洋环境,因此得到了越来越多的应用。
然而,由于水下航行体的热尾流会使波浪模型无效,因此影响水下航行体的性能和安全,因此研究水下航行体的热尾流水面温度特征变得尤为重要。
为了验证水下航行体热尾流对水面温度特征的影响,本文通过实验研究了不同的水下航行体热尾流参数,并使用数值模拟验证了不同热尾流参数对水面温度特征的影响。
首先,实验研究了不同的水下航行体热尾流参数,比如热尾流热量输出率(ER),热尾流温度(TR)和潜水深度(Z)。
实验测量的结果表明,随着ER的增加,水下航行体的热尾流会对水面温度产生显著的影响,水面温度可能会上升10-25℃。
此外,TR的增加也会增强水面温度的升高,潜水深度的增加也会导致水面温度的升高。
接着,使用Computational Fluid Dynamics(CFD)数值模拟计算了不同热尾流参数对水面温度特征的影响。
模拟结果表明,热尾流热量输出率(ER)和热尾流温度(TR)的增加可以有效地提高水面温度,而潜水深度的增加则可以降低水面温度。
在实验中,模拟结果与实验结果基本相符,表明数值模拟可以有效地模拟和研究不同热尾流参数对水面温度特征的影响。
最后,本文还讨论了水面温度升高对水下航行体性能和安全的影响。
显然,水面温度升高会影响水下航行体的热控制,进而影响性能和安全。
如果水温升高超出预期范围,会导致航行速度减慢,使航行时间延长,甚至可能导致机器损坏。
因此,必须预测并研究各项参数对水面温度的影响,以确保水下航行体的安全和有效性运行。
综上所述,本文研究了水下航行体热尾流水面温度特征,通过实验和数值模拟方法,验证了不同热尾流参数对水面温度特征的影响。
此外,本文还讨论了水面温度升高对水下航行体性能和安全的影响,并认为必须预测和研究各项参数对水面温度的影响,以确保水下航行体的安全运行。
温度分层水槽中水下航行体尾流水面热特征实验
be n o n o nd r t r i e pe a ur hi d a g i g b dy u e wa e n a t m rt e
s r tfc to t r t n t a i a i n wa e a k i
WuMeg n , h nB y , h n ifn YagL Y a aj n me g C e o i Z agX ue g, n i un B o , i
2 T ann e at n , v u mai e A a e , n d o 2 6 4 , hn ) . ri ig D p r me t Na a S b r c d my Qig a 6 0 4 C ia i n
Ab t a t Th s ra e h r a f au e c us d y h wa e e i d g i g o y n r ae i t e sr c : e u c t em l e tr s a e b t e f k b h n a o n b d u dew tr n h
吴猛 猛 1, , 陈伯 义 , 2 张修 峰 , 杨 立 , 宝吉 袁 ( . 军工程 大 学 船 舶 与动 力学 院 , 1海 湖北 武 汉 4 0 3 ; . 军潜艇 学院 培训 系, 东 青 岛 2 64 ) 30 3 2 海 山 6 0 4 摘 要 :温度 分层 海 洋 中水 下航 行 体尾 流 引起 的水 面热 特征 是发 展 红 外反 潜技 术 的 关键课 题 。在 具
水下航行器热尾流目标海平面探测红外成像仿真
第40卷第4期2019年7月应用光学Journal of Applied OpticsVol.40No.4Jul.2019文章编号:1002-2082(2019)04-0525-10水下航行器热尾流目标海平面探测红外成像仿真张昊春,曲博岩,金亮,马超(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:红外成像是探测水下航行器海平面热尾流目标的重要方法。
采用建模仿真的方法,基于尾流区海平面温度分布特征,结合三维坐标变换和投影映射方法实现热尾流目标的红外成像仿真过程,得到在相同探测条件下热尾流的辐射能量随波段的分布,以及不同探测方位角与高度下热尾流在像平面内的形态及红外辐射亮度的变化规律。
论证了噪声对典型工况条件的热尾流与背景海面的对比度和清晰度,以及热尾流目标的探测和识别难度的影响。
仿真结果表明:相同探测条件下,热尾流在8pm〜12pm波段的辐射能量远远大于3pm〜5pm波段;随着探测高度的增加,热尾流区域的红外辐射观测亮度逐渐减小;探测路径长度一定时,探测天顶角增大,热尾流红外辐射观测亮度减小,并且热尾流在像平面内所占区域逐渐减小。
关键词:红外探测;建模仿真;辐射亮度;噪声中图分类号:TN215文献标志码:A DOI:10.5768/JAO201940.0401001Infrared imaging simulation of sea surface detection ofunderwater vehicle thermal wake targetZHANG Haochun,QU Boyan,JIN Liang,MA Chao(School of Energy Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China) Abstract:Infrared imaging is an important method to detect the thermal wake target on sea surface of underwater vehicles・By utilizing the modeling and simulation method,based on the sea surface temperature distribution characteristics of the wake region,combined with the space coordinate transformation and projection mapping method,the infrared imaging simulation process of the thermal wake target was realized.Under the same detection conditions?the distribution o£the radiant energy of the thermal wake with the band,and the variation of the shape of the hot wake in the image plane and the brightness changing law of the infrared radiation under different azimuths and heights were obtained.The effects of noise on the thermal wake under typical working conditions and the contrast and sharpness of the sea surface,as well as the difficulty of detecting and identifying the thermal wake target were demonstrated・The simulation results show that under the same detection conditions?the radiant energy of the thermal wake in the8jttm〜12band is much larger than the3〜5ptm band;when the length of the detection path is constant,with the angle o£the detection zenith increasing,the observed brightness of the infrared radiation of the thermal wake decreases?and the area occupied by the thermal wake in the image plane gradually decreases.Key words:in&ared detection;modeling and simulation;radiation brightness;noise收稿日期:2019-01-29;修回日期:2019-04-15基金项目:国家自然科学基金(51776050;51536001)作者简介:张昊春(1977-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事工程热物理、激光多物理场、目标红外特性领域的研究。
水下航行体热尾流浮升特性研究
水下航行体热尾流浮升特性研究
张昊春;吉宇;马锐;李垚;严利明;秦江
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2015(037)007
【摘要】水下航行体排放的热尾流的浮升规律及其水面温度分布特征是红外探测的基础.本文从热尾流形成过程出发,建立水下射流的二维计算模型.基于Fluent软件的湍流数学模型,对温度分层和均匀环境介质中的热尾流的浮升特性及水面温度分布进行数值计算,并以VOF方法追踪了温度分层环境中的尾流界面,得到热尾流的轨迹与温度的衰减规律,对比分析温度分层环境与均匀介质环境中的异同.
【总页数】5页(P24-28)
【作者】张昊春;吉宇;马锐;李垚;严利明;秦江
【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;哈尔滨工业大学复合材料研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.水下航行体热尾流数值预报方法研究 [J], 金晟;张晓晖;夏珉;谭丹
2.水下航行体热尾流特性的技术融合 [J], 王江安;韦文涛;李晓龙;梁善勇
3.水下航行体热尾流水面温度特征的研究 [J], 吴猛猛;龚文超;袁宝吉
4.水下航行器热尾流浮升及分布研究 [J], 江传富;王江安;杨坤涛;蒋小勤
5.水下航行器热尾流在稳定分层环境中的浮升规律 [J], 杨立;华顺芳;杜先之
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热电混合动力在水下无人航行体中的应用研究
热电混合动力在水下无人航行体中的应用研究傅强【摘要】本文探讨了热电混合动力在水下无人航行体中的应用,提出了热电混合动力需要解决的关键技术,进行了热电混合动力系统技术设计并进行了相关试验,取得了预期的效果,开展热电混合动力在无人水下航行体中的应用研究对于增加航行体的航时、提高航程具有重要意义.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2015(035)004【总页数】5页(P67-71)【关键词】混合动力;水下;无人航行体【作者】傅强【作者单位】海军驻昆明地区军事代表办事处, 昆明650051【正文语种】中文【中图分类】TP242水下无人潜航器UUV(Unmanned Undersea Vehicle)[1]是一种无人装备,包括遥控水下航行器ROV(Remotely Operated Vehicle)和自主式水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)两类[2-4]。
美国海军对军用UUV的最新定义:“UUV是自主推进的无人潜航器,其行动或完全自主(通过预编程执行任务,或通过适时控制调整任务),或仅需少量监视控制;UUV与其他平台或无系留,或仅以数据广缆系留。
”[5]UUV最早出现在20世纪60年代[3,4],长期以来主要代替潜水员进行深水勘探、沉船打捞和水下电缆铺设和维修。
例如, 1966 年美国海军利用遥控水下航行器侦察并参与打捞沉入地中海 870 米深的 8 枚氢弹[6]。
1974年美国用“探险者”号UUV参与打捞了沉没在夏威夷附近海域的一艘苏联潜艇[4]。
但直到 20 世纪 90年代中期才开始用UUV解决水下侦察、通信和反潜、反水雷作战中遇到的新问题。
UUV是未来夺取水下战优势的力量倍增器[1,2,5,7,8]。
为了在未来海战中取得优势,各海洋大国都在开发各种用途的军用UUV,其中美国、俄罗斯、欧洲和日本在水下航行器领域居于世界先进水平[2]。
特别是美国,经过二十多年的发展,与世界上其他十几个研制UUV的国家相比,美海军处于领先地位,在各项关键技术如导航、控制、水声通信和推进各方面都取得了一批研究成果,UUV 发展已呈现出“无人化”、“模块化”和“智能化”三大趋势[3,9]。
温度分层环境中水下航行器机动下潜热尾流特征
温度分层环境中水下航行器机动下潜热尾流特征
李戈洋;杜永成;杨立
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2024(45)6
【摘要】为研究水下航行器热尾流引起的水面温度异常,本文采用有限体积法建立三维SUBOFF数学模型。
使用Fluent UDF、Patch分别控制水下航行器机动下潜方式和水域温度分层。
数值模拟结果表明:水下航行器在机动下潜时,热尾流在水面
会形成由2条不连续高温热斑组成的椭圆形温度异常区,且正温度梯度分层水域会
增强热尾流引起的水面温度异常。
在无热排放条件下,水下航行器机动下潜会对水
域温度分层发生较大扰动,从而出现冷尾迹。
相反,受热排放影响,热尾流以肾形涡的形式向上浮升,涡结构尺度随着航行距离的增大而增大,核心温度随着航行距离的增
大而减小。
正温度梯度分层海水会增强冷却水引起的海面温度异常特征,且温度梯
度越大,热斑越连续,热斑核心最高温度为292.24 K,与周围海水温度差值为0.12 K。
【总页数】8页(P1111-1118)
【作者】李戈洋;杜永成;杨立
【作者单位】海军工程大学动力工程学院;海军工程大学振动与噪声研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O357.5
【相关文献】
1.温度分层海洋中水下航行体引起水面特征参数变化规律的研究
2.水下航行体热尾流水面温度特征的研究
3.水下航行器热尾流在稳定分层环境中的浮升规律
4.水下航行器尾流数值仿真和特征分析
5.不同温度下的基于BPNN-AUKF的新型自动水下航行器SOC估计器
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meh d u i g t c n lg o v r e c sp o o e n t i a e . isl u d r ae e il s h r lwa e t o sn e h o o y c n e g n e wa r p s d i h sp p r F rty, n e w t r  ̄ h ce ’t e ma k
第3 3卷 第 1 2期
21 0 1年 1 2月
舰
船
科
学
技
术
Vo . 3,No 1 13 .2
SHI P SCI ENCE AND TECH NOLOGY
De c.,2 1 01
水下航行体热尾流特性的技术融合
王 江安 , 文 涛 , 晓龙 , 韦 李 梁善 勇
( 军工程 大 学 , 海 湖北 武 汉 4 0 3 ) 3 0 3
Re e r h o h r c e itc fu d r t r v h c e ’t r a k y t c n l g o e g n e s a c n c a a t rsiso n e wa e e ils he m lwa e b e h o o y c nv r e c
me s r m e t n r r d i g a u e n ;i fa e ma e
0 引 言
目前 , 测 水 下 航行 体 的主要 方 法 有声 探 测 、 探 磁
探 测 、 光 探测 和红 外 探 测 等 。其 中 , 外探 测 水 下 激 红
航 行体 的原 理是 利用 航 行 体 在水 下 航 行 时排 放 冷 却 水、 螺旋 桨 打水 和搅 动 不 同 温度 海 水 、 摩擦 伴 流等 产
测等。
・
1 0・
舰
船
科
学
技
术
第3 3卷
生 的一股 温度 高密度 低 的热尾 流 , 当它在 浮力作 用下
浮升 到海 面时就 可用 红外 热成像 探测 仪发 现 , 到探 起
测作 用 。随着红 外 热成 像 技术 在军 事 和 民用 上 的迅
猛发 展
, 外探测 水下 航行 体 技 术也 得 到 广泛 的 红
we e c ri d o y t c noo y c n e g n e, i h i c u e r i p o o r p y o k o ti i g mal r a re utb e h l g o v r e c wh c n l d d ta l h tg a h f wa e c n an n a s l
A b t a t Fo b ani g c mp e n ie c a a t rsis o d r t rv h ce ’t e ma ke, t d sr c : r o t i n o r he sv h r ce itc fun e wae e i ls h r lwa a su y
断面 的体积 流量 。
由d Q 得:
:
但 上述 工作 并没 有综合 考虑 热尾 流 的浮升轨 迹 、 高度 的增 长 、 宽度 的扩 展 、 时间 的增长 、 温度 的分 布和 水面 红外 图像 的变化 等规律 , 因而对 热尾流 特性 的研 究并 不全 面 。对 此 , 文 提 出技 术 融 合 的研 究 方 法 , 本 即先 后开 展对全 面 的热尾 流特性 的建模 、 数值 仿 真和 技术融 合 的实验 研 究 。利 用仿 真 和实 验 结果 来 综 合 分析 热尾 流特性 中 的上述规 律 , 验证 提 出方 法 可行 在
所 得 结 果 有 助 于红 外 探 测 水 下 航 行 体 技 术 的发 展 。
关 键词 : 热尾 流 ; 下航行 体 ; 术 融合 ; 水 技 浮升轨 迹 ; 温度 测 量 ; 外 图像 红 中图分 类号 : T 2 9 N 1 文献 标 识码 : A d i1 . 4 4 ji n 17 — 6 9 2 1 .2 0 2 o :0 3 0 /.s . 6 2 7 4 . 0 1 1 . 0 s 文章编 号 : 1 7 — 6 9 2 1 ) 2 0 0 — 5 6 2 7 4 (0 1 1 — 0 9 0
a o n f i k, ut— o n e p rt r a urm e t tc n lg f d gtl tm p r t r s ns r a d n r r d m u to n m l p i ttm e au e me s e n e h oo y o iia e e au e e o n ifae i
W A in — n,W E e — o,L a — n ,L ANG S a — o g NG Ja g a IW n t a IXio l g I o h ny n
( aa U i r t o nier g Wu a 3 0 3 C ia N vl nv s y f g ei , h n 4 0 3 , hn ) e i E n n
图 1 射 流
Fg 1 J t i . e
关注 和研究 。其 中 , 尾 流 的浮 升 规 律 、 度分 布 规 热 温
律 和水面 红外 特征 是 红外 探 测 水 下航 行 体 技术 中重
要 的热尾 流特 性 。对 此前 人 作 了大 量工 作 , 主要 有 , 轴对 称细 长流线 体 在静 止 盐 度 分层 水 槽 中的 热尾 流 流迹 ; 盐度 线性 分层 环 境 中球 体 尾 流在 近 区 、 溃 崩 段 、 渡段 和远 区 的速度衰 减规 律和垂 向分 量变 化规 过
假 设 射 流 从 侧 边 卷 吸 流 体 的 径 向 流 速 与 射 流 的
特征流 速成 比例 , 卷 吸过 程 不 受 环境 分层 影 响 , 且 取
律 ; 尾 流特 性 的计 算 模 型 和大 尺 度 艇 模 在 密 度 热
均匀 水 中热尾 流的 温差分 布和 浮升 规律 ;D 和 3 2 D
w r p rx tdt crua rs— c o f retruet e te,o i s i e o teitga o e eea poi e i l coss t no f b l a jts,n t a df w, erl f h ma o c r ei e u nh rt l h n t jt a sd t et l h te cl l in moe o h rc r t so n ew t eil ’ h r lw k . e w sue o s bi h ac a o d l fcaat i i fu d r a rv:ce tema ae a s ut e sc e h s
tm p r t r a c a gng f h ifa e i a e o s ra e. S mu ai n r s l a e c ic d n wi e e au e nd h n i o t e nr r d m g s n u f c i lto e ut s r on i e t t h e p rme tlr s ls whih i r v h tsu y m eh d usn e hn l g o v re c :va l . t d t d x e i n a e u t , c mp o et a t d t o i g t c oo y c n e g n e i i b e S u y meho s a d r s t ft e su y a m i se o t e p o r s fi fa e ee t n o n e ae e ils n e ul o h t d d nitr t h r g e so n r r d d tci fu d r tr v h ce . s o w K e r s: y wo d t e ma wa e; u d r ae e i l hr l k ne w tr v h c e; tc n l g c n e g n e; l t ta k; t mp rt r e h oo y o v r e c i rc f e e au e
S c n l smu ai n r s ls f t ac ain e o dy, i lto e u t o he c lulto mo e we e b ane y dl r o t i d b Ru g — t Th r l e pe i n s n e Kut a. id y, x rme t
c me a t c oo y. s l ft e su y o h r c e itc fu e ae e il s h r lwa e n l d he a r e hn l g Re ut o h t d fc a a trsi s o nd r tr v h ce ’t e ma k ic u e t s w l tta k, x e in lw ft e h ih , r pa ai n lw ft e wi t g o h l w ft e tme, iti u in lw f i r c e tnso a o h e g t p o g to a o h d h, r wt a o h i f d srb to a o
收 稿 日期 : 0 1 0 — 2 2 1 — 5 1 ;修 回 日期 : 0 1 0 - 4 2 1 — 6 1
基 金 项 目 : 防 科 技 基 金 资 助 项 目 ( 10 10 0 00 ) 国 94 C 9 1 39 1 作者简介 : 王江安( 9 1 ) 男 , 15 一 , 教授 , 士生导师 , 博 主要研究方 向为军 用 目标特 性 、 电对抗 、 光 图像信息 融合及处 理 、 激光 水下探
“ 作为 特征 流速 , 则单 位长 度射 流卷 吸量为 :
。
() 3
空 间对称 体 产 生 尾 流 的速 度 和 流 量 函数 分 布 ; 水 下航 行 体 引 起 的 自 由 表 面 的 特 征 参 数 的 变 化 规