海洋内波影响水下航行体水动力特性数值模拟

摘要

[目的]旨在探究内孤立波作用下航行体水动力特性的变化规律及机理。[方法]基于强分层假设下的内孤立波m KdV理论,采用有限体积法离散不可压缩纳维-斯托克斯方程,结合速度入口造波和重叠网格方法,建立分层流中的波-体耦合数值计算模型。模拟不同内波环境下内孤立波与固定、悬浮航行体耦合作用过程,通过数值求解得到航行体的水动力载荷变化规律。[结果]结果表明:水下航行体所受作用力和力矩幅值随波幅的增加而增大;固定航行体接近于两层流体分界面时受到的影响更大,而悬浮航行体接近于内孤立波波谷纵深时,受到的影响更显著;初始俯仰角的增大会导致航行体水平力幅值剧烈增大;具有初始航速的航行体受到内孤立波主波和尾波共同作用后会发生“掉深”现象。[结论]研究结果对于水下航行体的安全操纵具有一定参考价值。