鱼雷在水中运动的数值模拟

流体流动数值模拟

流体流动现象普遍存在于⾃然界及多种⼯程领域中。所有这些流动过程都遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分守恒等基

本物理定律；⽽且流动若处于湍流状态，则该流动系统还要遵守附加的湍流输运⽅程。本讲座将依据流体运动的特性阐述计算

流体动⼒学的相关基础知识及任务；在流体运动所遵循的守恒定律及其数学描述的基础上，介绍数值求解这些基本⽅程的思想

及其求解过程。

第⼀节计算流体动⼒学概述

计算流体动⼒学（CFD）技术⽤于流体机械部流动分析及其性能预测，具有成本低，效率⾼，⽅便、快捷⽤时少等优点。近年

来随着计算流体⼒学和计算流体动⼒学及计算机技术的发展, CFD技术已成为解决各种流体运动和传热，以及场问题的强有

⼒、有效的⼯具，⼴泛应⽤于⽔利、⽔电，航运，海洋，冶⾦，化⼯，建筑，环境，航空航天及流体机械与流体⼯程等科学领

域。利⽤数值计算模拟的⽅法对流体机械的部流动进⾏全三维整机流场模拟，进⽽进⾏性能预测的⽅法越来越⼴泛地被从事流

体机械及产品性能取决于各种场特性的设计、科研等科技⼈员所使⽤；过去只有通过实验才能获得的某些结果或结论，现在完

全可借助CFD模拟的⼿段来准确地获取。这不仅既可以节省实验资源,还可以显⽰从实验中不能得到的许多场特性的细节信

息。

⼀、什么是计算流体动⼒学

计算流体动⼒学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显⽰，对包含流体流动和有热传导

等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压⼒

场，以及热⼒场等），⽤⼀系列有限个离散点上变量值的集合来代替；并通过⼀定的原则和规律建⽴起关于这些离散点上的场

变量之间关系，从⽽组成这些场变量之间关系的代数⽅程组；然后求解这种代数⽅程组，来获得这些场变量的近似值[1-3]；这

就是流动的数值计算。或者直观地说，通过数值计算中的各种离散⽅法，把描述连续流体运动的控制偏微分⽅程离散成代数⽅

潜用反舰尾流自导鱼雷的运动轨迹模拟

侯成君;郁振伟

【期刊名称】《火力与指挥控制》

【年(卷),期】2001(026)0z1

【摘要】对一种潜用反舰尾流自导鱼雷的功能进行模拟,此模拟对于研究目标与鱼雷的战术对抗、鱼雷弹道的运动轨迹分析、鱼雷的命中分析和武器作战的需求研究与论证都有十分重要的意义.

【总页数】3页(P34-36)

【作者】侯成君;郁振伟

【作者单位】哈尔滨工程大学,黑龙江,哈尔滨,150001;海军潜艇学院,山东,青岛,266071

【正文语种】中文

【中图分类】E92

【相关文献】

1.反舰鱼雷反对抗自导技术发展分析 [J], 孙权

2.鱼雷被动声自导反舰深度设定方法 [J], 王桂芹;李伟;邓鹏

3.负梯度声速剖面对鱼雷主动声自导反舰效果的影响 [J], 谢勇;刘清慧;朱文振;汪新

4.尾流自导鱼雷齐射反舰试验方案设计 [J], 朱文振;叶豪杰;王昊

5.主动声自导应用于鱼雷反舰的可用性分析 [J], 何心怡;陈菁;高贺;卢军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买

UUV自航发射鱼雷过程的建模与仿真

李宗吉;任斌;孙玉松;练永庆

【摘要】UUV发射鱼雷过程中,由于自身体积小,质量轻,在受到鱼雷扰动的情况下,其速度和姿态角将发生改变.本文通过研究UUV和鱼雷在发射过程中相互作用的关系,建立UUV在发射过程中的运动模型以及鱼雷在自航发射过程中的内弹道模型,并得出鱼雷出管时UUV的运动参数,为验证UUV自航发射鱼雷的可行性提供依据.对UUV自航发射鱼雷过程的变参数进行分析,为UUV自航发射鱼雷试验以及发射装置结构优化提供依据.

【期刊名称】《舰船科学技术》

【年(卷),期】2014(036)012

【总页数】6页(P186-191)

【关键词】UUV;鱼雷自航发射

【作者】李宗吉;任斌;孙玉松;练永庆

【作者单位】海军工程大学兵器新技术应用研究所,湖北武汉430033;海军装备部,北京100161;海军工程大学兵器新技术应用研究所,湖北武汉430033;海军工程大学兵器新技术应用研究所,湖北武汉430033

【正文语种】中文

【中图分类】TJ630.2

水下无人航行器(UUV)，通常由水面舰或潜艇布放入水[1]。以往UUV在用于军事领域时，通常是通过在敌方舰船下布放水雷来消灭敌舰船，但随着反蛙人及反潜技术的不断提高，UUV在敌方控制区活动生存的概率也越来越小。如果将鱼雷作为UUV的攻击武器，将大大提高UUV的作用距离，其打击能力和生存能力也将得到提高[2]。

由于现有装备在潜艇上的鱼雷发射装置具有体积大、系统复杂的特点，因此UUV发射鱼雷一般采用自航发射的方式。鱼雷从UUV上自航发射时，鱼雷的扰动将对UUV的航行状态产生影响。而由于UUV自身质量轻、体积小的特点，在鱼雷发射的过程中其运动状态将会不断地发生改变，而这个改变量不可忽略，这也是UUV发射鱼雷与潜艇发射鱼雷的区别。

1.1 UUV发射鱼雷过程

UUV开始自航发射鱼雷时，鱼雷螺旋桨开始转动。在刚开始的一段时间内，鱼雷螺旋桨所产生的推力不足克服鱼雷自身所受到的阻力时，鱼雷不能沿着UUV自航发射装置的滑轨运动。当鱼雷螺旋桨转动所产生的推力足以克服鱼雷所受到的阻力时，鱼雷便沿着自航发射装置的滑轨运动。在整个过程中，鱼雷所受到的外力将发生改变，但UUV始终对鱼雷有一定的约束，鱼雷对UUV也就一直存在反作用。因此UUV的稳态将受到扰动，其运动状态发生改变，这反过来对鱼雷的运动也将产生影响。UUV和鱼雷相互影响，直到鱼雷脱离发射导轨，发射过程完成。

鱼雷小角度入水过程仿真

程文鑫;蔡卫军;杨春武

【期刊名称】《鱼雷技术》

【年(卷),期】2014(022)003

【摘要】针对鱼雷小角度入水问题,采用多相流混合模型及动网格方法,分析了鱼雷在小入水角条件下的入水空泡形成过程,以及雷体外形与入水空泡壁的相互作用特点,获得了不同入水角、入水攻角条件下俯仰力矩及力矩作用点位置在入水过程中的变化规律.仿真结果表明,减小入水攻角、延迟动力点火将有助于避免发动机失速、鱼雷跳水等异常现象,采用泵喷射推进器有利于鱼雷入水过程的稳定.

【总页数】4页(P161-164)

【作者】程文鑫;蔡卫军;杨春武

【作者单位】海军装备部,北京,100073;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075;中国船舶重工集团公司第705研究所,陕西西安,710075

【正文语种】中文

【中图分类】TJ630

【相关文献】

1.航行器小角度入水跳弹过程研究 [J], 李永利;刘安;冯金富;胡俊华;余宗金;齐铎

2.火箭助飞鱼雷入水点精度Bayes点估计评定方法 [J], 邵宗战;侯代文;房毅

3.碟旋体高速小角度入水稳定性仿真分析 [J], 张晓乐; 彭松江; 潘菲菲; 杨兴林

4.碟旋体小角度高速入水稳定性缩比相似条件分析 [J], 张晓乐;彭松江

5.高速射弹小角度入水弹道特性研究 [J], 肖海燕;罗松;朱珠;于勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买

玻尔兹曼方法的鱼类运动的大涡模拟

鱼类在水中游动时会形成涡旋，这些涡旋可被视为一种湍流现象。湍流是流体力学中极为复杂的问题，其特点是流体在空间和时间上都存在大范围的速度涨落。为了更好地研究和理解湍流现象，科学家们发展了许多湍流模拟方法，其中大涡模拟就是其中一种较为常用的方法。

大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）是一种采用过滤方法将湍流流场分解为大尺度涡旋和小尺度涡旋的模拟方法。在大涡模拟中，利用玻尔兹曼方程对流体流动进行离散化处理，将流体分成许多微小的体元，对每个体元进行速度、密度的离散化处理，通过求解碰撞和漂移过程来模拟流体流动。这样就可以更加精细地模拟湍流流场，并且能够捕捉到涡旋的生成、演化和消失过程。

在鱼类运动的大涡模拟中，首先需要建立鱼类运动的几何模型。可以利用三维建模软件将鱼类的形状和结构进行建模，然后将建模结果转化为计算模型，生成计算网格。计算网格的划分应根据流动的特点进行合理的划分，充分考虑流体的流动区域和重要的物理现象。

接下来，利用玻尔兹曼方法对鱼类运动进行数值模拟。首先需要确定流体的守恒方程和状态方程，然后通过对流体流动的速度和密度进行离散化处理，得到流体的速度和密度分布。在求解速度和密度的过程中，需要考虑流体流动的各种因素，如粘性、压力、惯性和湍流等。

在大涡模拟中，模拟时间是一个非常重要的因素。为了更好地模拟鱼类运动中的涡旋，需要选择合适的时间步长和求解方法。通常情况下，模拟开始时需要设置一个合适的初始速度和密度分布，并根据模拟的实际情况进行调整。最后，通过对模拟结果的后处理，可以进一步分析和研究鱼类运动中的涡旋。可以计算涡旋的特征参数，如涡旋的大小、形状、强度和旋转方向等。同时，还可以对涡旋的生成机制和演化规律进行分析和研究，从而更好地理解和掌握鱼类运动中的湍流现象。

总之，通过玻尔兹曼方法对鱼类运动的大涡模拟，可以更加精确地模拟湍流流场，并能够捕捉到涡旋的生成、演化和消失过程。这对于研究鱼类运动的湍流特性、改进潜艇和船舶的流体力学性能等方面具有重要意义。

鱼雷击舰模型解答完整版-ZG

引言

世界各国的争端越来越多地依靠信息战,而在海域战争中,鱼雷的使用更是战争中的必备武器,它具有杀人于不备特点,更有利于战争中争取海域战场上的主动权.我国海域领海也在一次次地遭到邻国,例如日本的威胁与侵占.因此,对海域的防守,势在必行. 随着各种高新技术在鱼雷上的应用，鱼雷所具有的独特作用将进一步提高，在未来的现代化海战中，鱼雷将会在攻击现代化核潜艇和常规动力潜艇、击毁敌航空母舰和其他现代化战斗舰艇、消灭运输船和警戒舰艇以及对海军基地、港口和沿岸的军事目标进行袭击等方面了挥更加重要的作用，真正成为各国海军起威慑作用和克敌制胜的“杀手锏”。而且由于现代鱼雷性能的提高，鱼雷水下攻击仍会给水面舰艇带来巨大威胁。虽然导弹武器的出现和其它海军武器发展给海军增添了新的武器装备，但由于鱼雷具有水下爆炸的独特性能和良好的破坏结果，今后鱼雷仍是一种打击水面舰艇的有效武器。可见鱼雷对敌舰的打击精度和准度方面关系到国防事业的成功与失败,因此值得我们去探讨.

摘要

本文针对鱼雷击舰这一问题，在合理的假设的基础上建立了三个模型，分别得出了问题的解。

模型一是建立参数方程用MATLAB的龙格库塔法求解数值解，并假设敌舰速度为1，则敌舰运行的路程于t大小相等，进而运用二分法修改t的取值范围，测出y=t=0.667海里，即敌舰行驶0.667海里被鱼雷击中，耗时约88.9秒。模型二是运用解析法，建立微分方程模型，运用一定的技巧求出鱼雷的运行曲线轨迹，从而得到鱼雷运行曲线与敌舰运行曲线的交点，求出x=1,y=2/3时鱼雷与敌舰相遇，从而得出耗时约为88.889秒。

模型三是用进一步深入运用MATLAB中龙格库塔法实现常微分方程的求解，以动态图得出鱼雷和敌舰随时间t运动的关系，再现了其追击情景。得出耗时1.49分钟，即89.4秒的结果。

最后对模型进行了结果分析，模型优缺点评价和模型的推广，并推出一个适用于同类型的一般化的方程，使其再碰到同类型的情况时只需要直接代实际数字进方程就可以得到解。

有限水域水中爆炸气泡脉动的数值模拟

随着人们对海洋资源的开发和利用的不断加深，越来越多的工业污染和人为干扰正在导致海洋环境的恶化。其中，有限水域是容易受到这些干扰的海区之一。在这些区域中，水体的物理和化学性质可能会发生重大变化，从而影响到生态系统的平衡和健康。因此，对于这些海洋区域的研究和监测显得尤为重要。其中，水中爆炸气泡脉动的数值模拟是一种有效的手段，可以帮助我们更好地了解这些海域的物理特征和环境变化。

在水中爆炸气泡脉动的数值模拟中，主要就是对水波的物理特征进行模拟。水波一般包括两种类型：远场波和近场波。远场波是指成簇的波，它们频繁出现在爆炸点附近，伴随着高强度的涡旋和涡街。近场波则是指趋向于中心和远离中心的波动，其大小和形状可以通过数学模拟计算获得。

在数值模拟中，我们可以使用 Navier-Stokes 方程，即流体力学基本方程，来描述水波的物理特征。这些方程可以帮助我们计算出水波中每个点的运动和压力等参数，并可以通过计算机模拟得到这些参数随时间、空间和深度变化的趋势。

通常，我们使用计算流体力学（CFD）来进行这种数值模拟。在这个过程中，我们需要为模拟设置合适的初始参数和运动参数，如初始流速、初始压力、边界条件等。这些参数的设置直接影响着数值计算的准确性和结果的分析。

通过数值模拟，我们可以深入了解水中爆炸气泡脉动的机制和原理，从而指导海洋环境的监测和管理。我们可以据此预测爆炸气泡造成的水波和浪涌等影响、预判海洋环境的变化趋势、以及制定相应的环保和资源保护政策。

总之，水中爆炸气泡脉动的数值模拟是一种有效的工具，可用于研究海洋环境的物理和其它特征，从而为我们更好地了解这些海域、保护海洋资源和维护生态平衡提供有益的参考和指导。在水中爆炸气泡脉动的数值模拟中，液体和气体的物理参数是进行模拟的关键。下面列出一些相关数据，并进行分析：

1. 液体的密度：水的密度约为1000 kg/m3。当液体密度越大时，水波的速度就会越快，水的表面张力也会增强。这对于水波的振幅和类型会产生影响。

空投鱼雷入水载荷

潘光;杨悝

【摘要】为了研究空投鱼雷的入水过程,首先分析入水过程中的受力情况进行数值计算;然后使用数值模拟软件Msc.Dytran建立鱼雷入水的有限元模型,计算入水过程中雷体所遭受的冲击压力及其在冲击面上的分布情况,并对不同入水速度和角度下冲击压力峰值、不同头部形状冲击压力峰值特点及鱼雷入水弹道做了分析与讨论,结果表明:鱼雷入水速度和入水角度会对鱼雷壳体所受载荷产生重要影响,研究结果可为预测鱼雷入水冲击载荷提供参考.

【期刊名称】《爆炸与冲击》

【年(卷),期】2014(034)005

【总页数】6页(P521-526)

【关键词】爆炸力学;冲击载荷;MSC/DYTRAN;空投鱼雷;入水

【作者】潘光;杨悝

【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072;西北工业大学航海学院,陕西西安710072

【正文语种】中文

【中图分类】O383.1;TJ610.2

现代鱼雷可通过多种发射方式攻击敌对目标，如飞机空投或舰载发射等，但不管采用何种发射方式，都要经过空中、入水、水下航行至命中目标的全弹道过程。入水是一个短暂、变化激烈而又复杂的力学过程，在入水的整个过程中，鱼雷将经历撞水、浸水、带空泡航行、全浸湿后转入受控运动等4个阶段。入水过程中雷体会激起周围流体介质的运动，反过来，流体介质对结构又施加各种反作用力。入水冲击力有2个分量相当重要：一个是轴向力或阻力，会引起减加速度，可能使雷头变形，破坏鱼雷内部的仪表设备；另一个是法向力或升力，会形成力矩，产生横向角速度，影响弹道，并可能使雷体皱折或断裂。因此研究空投鱼雷入水冲击力对鱼雷结构的总体设计以及水下弹道设计等方面具有重要的工程意义［1］。

本文中拟基于鱼雷入水动力学模型、动态非线性有限原理论和耦合算法［2］，计算计算鱼雷入水时受到的作用力，建立空投鱼雷入水冲击有限元模型，对不同工况进行数值模拟，以期为预测鱼雷入水冲击载荷提供参考。

基于Mie-Grüneisen状态方程的水下爆炸数值模拟

Mie-Grüneisen方程是一种用于描述物质热物理性质的状态方程，它基于固体中声速的变化与压力、体积的关系。在水下爆炸中，需要考虑爆炸产生的传播波，以及爆炸区域的物理和化学反应。本文利用Mie-Grüneisen状态方程，对水下爆炸的数值模拟进行了研究。

首先，我们需要定义水下爆炸的物理模型。假设一个爆炸在水中造成由水流动引起的压力波。通过模拟流体动力学，我们可以得到压力波随时间的演变。我们使用Navier-Stokes方程来预测水流的速度和压力。这些方程可以写成以下形式：

$\rho\frac{D\textbf{v}}{Dt} = \nabla \cdot \textbf{T} +

\rho\textbf{f}$

$\frac{Dp}{Dt} = -c_s^2\nabla\cdot\textbf{v}$

其中，$\textbf{v}$是流体的速度，$\rho$是水的密度，$\textbf{T}$是应力张量，$\textbf{f}$是质量力，$p$是压强，而$c_s$是声速。

为了模拟炸药的化学反应，我们还需要添加一个爆炸源项。我们将爆炸源视为一种化学能量积累的体积，然后在爆炸期间将化学能量转换为体积源项。这些体积源项由以下方程给出：

$S = \frac{cE_I}{V\Delta t}$

其中，$E_I$是炸药的初始内能，$V$是物质的体积，$\Delta t$是模拟的时间步长，而$c$是炸药的燃烧速率。

最后，我们需要考虑爆炸造成的物质变形和热膨胀问题。我们使用Mie-Grüneisen方程来模拟这些现象，该方程描述了固体中声速与压力和密度的关系：

$c_s^2 = \frac{K + \frac{4}{3}\mu}{\rho} +

\frac{3\gamma}{2}aT$

其中，$K$和$\mu$是Lame常数，$\gamma$是Grüneisen常数，$a$是体积膨胀系数，$T$是物体的温度。

理想声自导鱼雷运动要素的距离方位观测解算方法

理想声自导鱼雷运动要素的距离方位观测解

算方法

1 导鱼雷运动要素的距离方位观测解算方法

导鱼雷是在下水后，能够依据距离和方位确定其运动方向和速度

的一种武器装备。为此，导鱼雷的运动要素的距离方位观测解算方法

十分重要，它需要计算极端精准的空气抵抗加速度等参数。本文介绍

一种理想的、精确的距离方位观测解算方法，能够为跟踪和追踪导鱼

雷的舰船提供准确的参数必要信息。

2 传统解算方法

传统的距离方位观测解算采用三维平面测算来计算导鱼雷运动要

素的距离和方位。该方法主要利用船只的相对海平面深度来计算其运

动要素。然而，这种计算方法对物理实验支持不足，因为它忽略了考

虑空气阻力施加于移动对象上的加速度。而且，这种解算方法的精确

度也有其局限性，会存在较大的误差。

3 理想解算方法

理想的距离方位观测解算把距离和方位观测当作物理实验来处理，

以根据有关的加速度计算出此次运动要素的距离和方位。该解算方法

首先根据观测数据，从水平面出发建立一个三维平面，并以船舶所在

位置作为原点，然后利用相对于原点的船舶运动距离和船舶变化的方

位，根据加速度和海平面深度计算出相对于水平面的海拔和运动的具体方位。从而，它能够计算得到精确的船舶运动方向和速度，从而确

定导鱼雷的运动轨迹。

4 总结

本文介绍了一种理想的距离方位观测解算方法，该解算方法能够

计算出此次运动要素的距离和方位，提高了传统解算方法的精确度和

可靠性，能够精确地计算出导鱼雷的运动轨迹，为对导鱼雷的跟踪和

追踪提供必要参数。