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），主要由一個柴油機推進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 計算方法

附加質(zhì)量可以通俗地理解為物體做搖蕩運動所帶動的一部分水運動，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迫搖蕩時的流體動力影響問題。

2.1 輻射問題定解條件

取直角坐標系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。當物體在靜水自由面附近作搖蕩運動時，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為點相對應重心的矢徑。

此外還要滿足一定的遠方外傳條件。

上面式子是在與物體一起平動的坐標系中表達的，其中U為物體前進的速度，ηj為物體搖蕩運動的廣義位移，相應的在求解上述定解問題時把速度勢也進行分解，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受到流體的反作用力或力矩，它們在各坐標軸上的分量可由流體壓力在相應的坐標軸上的投影并沿瞬時濕表面積分得到。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j＝1，2…，6表示搖蕩運動的模態(tài)；ˉηj為第j各運動模態(tài)運動的幅值，φj為相應第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。上式對時間求偏導，可得：

由于物體作微幅搖蕩運動，瞬時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 仿真結果

仿真結果見圖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 結語

由計算結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??；而隨著潛深的增加，橫向附加質(zhì)量μ22與橫搖附加轉動慣量μ44增加；潛深對縱傾轉動慣量μ55和首搖轉動慣量μ66影響不大。

本文通過對不同潛深下的半潛器附加質(zhì)量進行計算，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算的基礎。

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