[發明專利]一種實尺度的艦船聲納導流罩空化數值預報方法

有效

• 申請號: 201911105840.3
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110968971B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 周芃;王欣安;陳曦;沈曉玲
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 許麗

本發明公開了一種實尺度艦船聲納導流罩空化數值預報方法，可為聲納導流罩型線優化提供指導依據。本方法具體包括步驟為：1、確定初始計算航速，前處理建立計算域并劃分網格；2、對全艦進行水動力性能CFD數值計算；3、在水動力性能計算結果的基礎上，開啟多相流模型，加入Singhal全空化模型，進行空化數值計算；4、對初始航速下的空化計算結果進行后處理，分析聲納導流罩的空化形態、面積和空化程度等，迭代調整計算航速重復步驟2?3逐漸逼近空化起始航速。本發明相比現有的模型試驗預報方法，規避了尺度效應對預報結果的影響，且可操作性更強，人力物力投入小，對提高艦船總體設計質量有重要幫助。

技術領域

本發明涉及一種基于CFD技術的實尺度艦船聲納導流罩空化數值預報方法，屬于船舶工程技術領域。

背景技術

水面艦船聲納導流罩是艦殼聲納的保護罩，為保證聲納良好的工作環境，一般安裝在遠離全船機械噪聲源的船體首部。其線型除具有良好的阻力性能之外，還需重點保證聲納良好的工作環境。隨著艦船航速增大，首部聲納導流罩由于其形狀特性易發生空化，空化的產生使水的阻抗與聲納要求不匹配，使聲波產生折射與反射，這不僅降低了基陣的信號，也產生了與直達波相異的信號；另外，空化的產生與破滅，將在導流罩附近產生強烈的振動和空化噪音，空化起始的早晚在一定程度上決定了全船流噪聲的大小。因此，對水面艦船聲納導流罩空化性能的可靠預報顯得尤為重要。

目前，聲納導流罩的空化性能雖可通過模型試驗反映，但由于尺度效應導致與實船測試結果存在較大偏差，其試驗研究尚未完善，預報精度有待進一步提高；且空化試驗研究具有可操作性低、資金消耗巨大等特缺點。隨著高性能計算機和CFD(ComputationalFluid?Dynamic，計算流體力學)模擬技術的發展，越來越多的研究人員通過CFD開展基于快速性能優化的聲納導流罩線型研究，但因尚未形成可靠的實尺度聲納導流罩空化性能預報方法，鮮有研究以優化空化性能為目標開展聲納導流罩線型設計。為此，有必要開展實尺度水面艦船聲納導流罩空化性能的CFD數值計算研究，形成數值預報方法，為聲納導流罩型線設計提供指導依據。

發明內容

本發明目的是針對現有模型試驗方法預報的不足，基于CFD技術，提出一種實尺度艦船聲納導流罩空化數值預報方法。該方法可有效規避模型試驗預報空化性能的尺度效應問題，提高預報精度。其步驟如下：

(1)前處理

①確定空化計算的初始航速；

②劃分帶聲納導流罩的全船計算域網格，檢查網格質量，輸出網格文件；

③將網格文件導入CFD軟件，檢查網格質量；

(2)水動力性能計算

④定義求解器，選擇湍流模型，設置操作環境及對應參數，定義邊界條件及對應參數，定義求解方程、離散方法及格式，設置收斂因子；

⑤進行初始化設置及收斂設置，開始水動力性能計算；監測殘差及阻力，直至水動力計算收斂、穩定；

(3)空化性能計算

⑥待水動力計算穩定后，在此基礎上，設置多相流模型及對應參數；

⑦設置全空化模型及對應參數，其他模型及參數保持水動力性能計算參數不變，開始空化性能計算，直至收斂；

(4)后處理

⑧顯示并記錄聲納導流罩空化形態、面積和空化程度等結果；

⑨針對不同航速工況重復步驟④～⑨，判定聲納導流罩空化起始航速。

本發明方法的原理是利用RANS方程求解全船水動力性能，在此基礎上，引入氣液多相流與空化模型，開展空化性能數值仿真分析。具體實現方式如下：