Введение
ГЛАВА 1. Проблема моделирования движения подводного объекта 15
1.1. Маневренность подводного объекта 15
1.2. Влияние движителя на управляемость подводных объектов 18
1.3. Методы определения гидродинамических сил, действующих на подводные объекты при их криволинейном движении 26
1.3.1. Применение вихревых методов для расчета гидродинамических характеристик подводных объектов 29
1.3.2. Определение гидродинамических характеристик ПО на основе интегрирования уравнений динамики вязкой жидкости 33
Выводы по главе 1 40
ГЛАВА 2. Описание движения морского подводного объекта 41
2.1. Системы координат, используемые для решения задач динамики подводных объектов 43
2.2. Общая форма уравнений движения подводного объекта в связанной системе координат 45
2.3. Новая трактовка коэффициентов присоединенных масс для записи кинетической энергии подводного объекта
2.3.1. Кинетическая энергия корпуса подводного объекта как твердого тела 48
2.3.2. Учет инерционных свойств жидкости при движении в ней твердого тела з
2.4. Уравнения движения подводного объекта, симметричного относительно диаметральной плоскости, на основе новой записи коэффициентов присоединенных масс 54
2.5. Силы и моменты неинерционной природы, действующие на ПО при его движении по криволинейной траектории
2.5.1. Гидродинамические силы и моменты 58
2.5.2. Силы и моменты, обусловленные действием движительно-рулевого комплекса 70
2.6. Источники погрешностей при расчетах динамики подводных объектов 71
2.7. К вопросу о потребной точности определения сил и моментов при расчетах динамики подводных объектов 74
Выводы по главе 2 77
ГЛАВА 3. Модели вязкой и невязкой жидкости в задачах динамики подводного объекта 79
3.1. Постановка задачи обтекания системы тел потоком невязкой жидкости 79
3.2. Метод дискретных вихревых особенностей
3.2.1. Метод дискретных вихрей 82
3.2.2. Постановка задачи пространственного обтекания замкнутого тела на основе метода ДВО 3.3. Основные уравнения динамики вязкой несжимаемой жидкости 93
3.4. Основные подходы к моделированию турбулентных течений
3.4.1. Метод прямого численного моделирования 99
3.4.2. Метод решения осредненных по времени уравнений Навье-Стокса 102
3.4.3. Метод крупных вихрей 108
3.5. Общая характеристика расчетного комплекса FLUENT 110
3.5.1. Некоторые сведения о коммерческих расчетных комплексах решения задач динамики вязкой жидкости 110
3.5.2. Основная система уравнений 119
3.5.3. Дискретизация уравнений движения вязкой жидкости
3.5.3.1. Метод конечных разностей 121
3.5.3.2. Метод конечных элементов 122
3.5.3.3. Метод контрольного объема 125
3.5.4. Схемы аппроксимации уравнений переноса 128
Выводы по главе 3 133
ГЛАВА 4. Сравнительное исследование моделей вихревой вязкости на примере простого отрывного течения 134
4.1. Реологические модели турбулентной вязкости 134
4.1.1. Алгебраические модели 135
4.1.2. Модели с одним дифференциальным уравнением 136
4.1.3. Модели с двумя уравнениями 139
4.1.4. Модели с большим количеством уравнений
4.2. Моделирование пристеночной области в диссипативных моделях турбулентности на основе расчетного комплекса FLUENT 153
4.3. Сравнительный анализ двухпараметрических моделей турбулентной вязкости 157
4.4. Сравнительное исследование моделей турбулентности, реализованных в расчетном комплексе FLUENT 160
4.4.1. Вертикальное сечение в плоскости уступа 162
4.4.2. Вертикальные сечения за уступом 165
4.4.3. Горизонтальные сечения за уступом 169
4.4.4. Вектора скорости вблизи уступа 174
4.4.5. Перепад давлений между входным и выходным сечениями 175
Выводы по главе 4 177
ГЛАВА 5. Применение модели невязкой жидкости для оперативного определения гидродинамических характеристик подводного объекта 179
5.1. Численная реализация алгоритма метода дискретных вихрей: программный комплекс WingSim 179
5.2. Моделирование систем крыльев в рамках метода дискретных вихрей 186
5.2.1. Расчет тонкого прямоугольного в плане крыла 186
5.2.2. Моделирование изолированного крестообразного оперения ПО, без учета перекладки рулей 191
5.2.3. Моделирование обтекания элемента оперения ПО 195
5.2.4. Моделирование обтекания изолированного Х-образного оперения ПО с учетом перекладки рулей 196
5.3. Моделирование обтекания корпусов подводных объектов: программный комплекс SubObject 199
5.3.1. Расчет обтекания оперенного корпуса дирижабля «Акрон» 199
5.3.2. Расчет обтекания подводного аппарата с выступающими частями 204
5.4. Расчет обтекания подводного аппарата с насадкой водометного движителя типа «pump-jet» 206
5.4.1. Распределения скоростей по элементам системы «корпус-насадка» 206
5.4.2. Нормальная сила и продольный гидродинамический момент системы «корпус-насадка» 209
5.5. Моделирование работы водометного движителя в рамках метода дискретных вихрей 221
5.5.1. Учет влияния водометного движителя по коэффициенту нагрузки рабочего колеса 222
5.5.2. Учет влияния водометного движителя на основе теории бесконечнолопастного гребного винта 224
5.5.3. Учет влияния ВД по его коэффициенту нагрузки как единой системы 225
Выводы по главе 5 229
ГЛАВА 6. Применение модели вязкой жидкости для определения гидродинамических характеристик подводных объектов 231
6.1. Теоретическое обоснование модели 232
6.2. f-модель 240
6.3. Простые сдвиговые течения 249
6.4. Продольное обтекание плоской пластины 251
6.5. Обтекание профиля крыла под углом атаки 258
6.6. Моделирование обтекания корпуса судна 261
6.7. О предельном случае для уравнения турбулентного движения жидкости со скалярной мерой турбулентности 264
Выводы по главе 6 266
ГЛАВА 7. Прогнозирование маневренных качеств подводных объектов на основе методов вычислительной гидродинамики 267
7.1. Способы моделирования вращения объекта доступные в расчетном комплексе FLUENT 269
7.1.1. Модель "движущейся стенки" 270
7.1.2. Моделирование вращения области 270
7.1.3. Использование динамических сеток 272
7.2. Моделирование обтекания корпуса жесткого дирижабля «Акрон» 272
7.2.1. Определение позиционных составляющих гидродинамических реакций 273
7.2.2. Определение вращательных составляющих гидродинамических реакций
7.2.3. Тестирование различных подходов к определению вращательных составляющих 278
7.2.4. Использование технологии параллельных вычислений как способ повышения скорости решения задачи 280
7.2.5. Исследование влияния масштабного эффекта при определении вращательных составляющих ГДХ; возникающих на неоперенном корпусе дирижабля "Акрон" 284
7.3. Изолированное оперение подводного объекта 288
7.3.1. Позиционные гидродинамические характеристики оперения 288
7.3.2. Вращательные гидродинамические характеристики оперения ПО 292
7.4. Гидродинамические силы, действующие на подводный аппарат, оборудованный водометным движителем 292
7.4.1. Применение водометных движителей на подводных объектах 294
7.4.2. Обтекание подводного объекта с насадкой водометного движителя 296
7.4.3. Влияние действующего водометного движителя на структуру течения в кормовой оконечности подводного объекта 301
7.5. Поворотливость подводного объекта, оборудованного водометным движителем 304
7.6. Влияние вертикальной стенки на гидродинамические характеристики плавучего объекта 309
Выводы по главе 7 318
Заключение 319
Литература
