張光法

（海軍駐宜昌地區(qū)軍事代表室 宜昌 443003）

1 引言

遙控獵雷系統(tǒng)是反水雷系統(tǒng)無人化的重要組成部分，如美國的 AN／WLD-1（V）1系統(tǒng)（如圖1）和加拿大的Sea-Keeper遙控獵雷系統(tǒng)（如圖2），主要由一個(gè)柴油機(jī)推進(jìn)的半潛器和水下拖曳系統(tǒng)組成。半潛器航行于半潛狀態(tài)，通過艦上遙控設(shè)備控制航行，可根據(jù)需要航行在不同的深度。半潛器的航跡精度直接影響到探測與定位的精度，而半潛器的水動力系數(shù)又直接決定了其操控性能，因此本文以加拿大的“海豚”半潛器為原型，對潛深對其附加質(zhì)量的影響進(jìn)行分析。

圖1 AN／WLD－1（V）1的半潛式航行器

圖2 SEEKEEPER水下拖曳系統(tǒng)

2 計(jì)算方法

附加質(zhì)量可以通俗地理解為物體做搖蕩運(yùn)動所帶動的一部分水運(yùn)動，該部分水的質(zhì)量可看作附加質(zhì)量，也稱為附連質(zhì)量。由勢流理論，附加質(zhì)量是由于物體做搖蕩運(yùn)動產(chǎn)生的，這屬于輻射問題，因此從輻射問題開始來討論附加質(zhì)量。輻射問題即為流場中不存在入射波，只考慮物體在靜水自由面上作強(qiáng)迫搖蕩時(shí)的流體動力影響問題。

2.1 輻射問題定解條件

取直角坐標(biāo)系o－xyz，oxy面位于靜水面，oz垂直向上，ox軸指向航行體平動的方向。當(dāng)物體在靜水自由面附近作搖蕩運(yùn)動時(shí)，流場中一階非定常速度勢的定解條件為2Φ（x，y，z；t）＝0， 流體域中

其中：（n1，n2，n3）＝n，n為物面單位法向量，指向物體內(nèi)部；（n4，n5，n6）＝r×n，r為點(diǎn)相對應(yīng)重心的矢徑。

此外還要滿足一定的遠(yuǎn)方外傳條件。

上面式子是在與物體一起平動的坐標(biāo)系中表達(dá)的，其中U為物體前進(jìn)的速度，ηj為物體搖蕩運(yùn)動的廣義位移，相應(yīng)的在求解上述定解問題時(shí)把速度勢也進(jìn)行分解，并采用格林函數(shù)法求解。

2.2 附加質(zhì)量

物體在自由面上搖蕩時(shí)受到流體的反作用力或力矩，它們在各坐標(biāo)軸上的分量可由流體壓力在相應(yīng)的坐標(biāo)軸上的投影并沿瞬時(shí)濕表面積分得到。由線性的伯努利方程可得壓力為

前面已經(jīng)提到一階速度勢Φ可以分解為

這里為物體搖蕩的圓頻率，下標(biāo)j＝1，2…，6表示搖蕩運(yùn)動的模態(tài)；ˉηj為第j各運(yùn)動模態(tài)運(yùn)動的幅值，φj為相應(yīng)第j模態(tài)的單位（規(guī)范化）速度勢，可以采用格林函數(shù)求得。上式對時(shí)間求偏導(dǎo)，可得：

由于物體作微幅搖蕩運(yùn)動，瞬時(shí)濕表面和平均濕表面差是一階小量，這樣壓力在該小量的之差面上積分所得力為高階小量，所以流體壓力只須將一階壓力沿平均濕表面積分即可：

定義：

其中μjk稱為附加質(zhì)量，λjk為附加阻尼。

3 仿真計(jì)算

3.1 仿真初始條件

潛深：2.5m，3.0m，3.5m，4.0m；航速：10kn；俯仰角：0°；橫滾角：0°。

3.2 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果見圖3～圖8。

圖3 潛深對μ11影響

圖4 潛深對μ22影響

圖6 潛深對μ44影響

圖7 潛深對μ55影響

圖8 潛深對μ66影響

4 結(jié)語

由計(jì)算結(jié)果可以看出潛深對不同的附加質(zhì)量影響不一，具體的說：隨著潛深的增加，縱向附加質(zhì)量μ11與垂向附加質(zhì)量μ33減小；而隨著潛深的增加，橫向附加質(zhì)量μ22與橫搖附加轉(zhuǎn)動慣量μ44增加；潛深對縱傾轉(zhuǎn)動慣量μ55和首搖轉(zhuǎn)動慣量μ66影響不大。

本文通過對不同潛深下的半潛器附加質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，分析潛深對半潛器附加質(zhì)量的影響，可作為半潛器操控性能計(jì)算的基礎(chǔ)。

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