潜艇非耐压结构抗爆性能研究.pdf

哈尔滨工程大学
硕士学位论文
潜艇非耐压结构抗爆性能研究
姓名:潘杰
申请学位级别:硕士
专业:船舶与海洋结构物设计制造
指导教师:王晓天
2012-03
要事两随着各种反潜兵器的威力越来越大、命中率越来越高,潜艇受到的水下爆炸冲击的可能性大大增加,因此潜艇抗爆抗冲击台匕匕研究越来越受到各国海军重视。本文以潜艇在远场爆炸下抗冲击问题为研究背景,以提高潜艇抵抗水下爆炸能力为目标,开展了潜艇新式抗冲击非耐压结构的研究。该研究可以为今后潜艇非耐压结构的抗冲击设计提供参考和新思路。论文的主要内容包括:樯芰怂卤ǖ幕纠砺酆脱芯糠椒āV氐悴隽斯赜谒卤ǔ寤鞑ê气泡脉动的形成机理以及对于潜艇结构的不同影响;并分析了目前水下爆炸问题研究的几种方法,结合自身研究条件,选耿声固耦合算法模拟潜艇受水下爆炸载荷樯芰薃砑诩扑闼卤ㄎ侍馍系挠攀疲⒉隽巳砑扑闼爆炸问题的理论基础:声学流体基本方程、边界条件以及压力场的计算公式。详细分析了计算中的关键技术,最后结合试验,证明利用软件计算结构在水下爆炸载载荷下的动态响应,并与潜艇传统的舷侧进行比较,分析了不同舷侧结构的抗冲击能力。结果表明新型舷侧结构对于潜艇抗冲击能力的提高具有一定的作用。捎貌煌南宋銮扛春喜牧希杓屏烁春喜牧霞胁憬峁狗悄脱箍翘澹⒍采用该非耐压壳体的潜艇舱段模型在水下爆炸下的响应进行了数值模拟,结果表明复合材料夹层结构对于降低冲击响应,吸受冲击能量等方面优于传统钢制结构外壳。最后对于复合材料纤维铺层方向对于抵抗冲击能力的影响进行了分析。关键词:潜艇非耐压结构;水下爆炸;新型结构;抗冲击性能滞艇非耐压结构抗爆性能研究作用的动态响应。荷下的响应是可行的。杓屏巳中滦涂钩寤飨喜嘟峁梗⒓扑懔巳中率浇峁乖诓煌慷鹊谋
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第滦髀论文的目的和意义第二次世界大战中,潜艇作为一种军事作战系统丌始真『脑擞玫较执秸校在封锁港口、控制战略海峡和打击敌方舰船方而发挥了重要的作用。例如德国在二战中使用了大量潜艇对英国海域进行封锁和打击,大量英国舰船被德国潜艇击沉,给盟军造成了巨大的损失,这使各国丌始考虑潜艇对于现代海战的巨大作用。二战结束之后,潜艇因其较强的突袭能力、出色的隐蔽性出色完成了多种作战任务。各国海军充分认识到了潜艇对于现代战争的重要意义,同时投入大量的人力、物力和财力研究和发展潜艇。潜艇能利用水层掩护使得其活动具备隐蔽性,并且发动袭击时具有突然性;有较强的续航能力、自给能力和作战半径,可以在较大海域和较长时问甚至深入敌方区域独立作战;能够在水下隐蔽条件下发射鱼雷、导弹等攻击海上和陆铰阅勘辍5撬孀鸥种反潜兵器的威力越来越大、命中率越来越高,潜艇受到的水下爆炸冲击的可能性大大增加。因此设计优良的抗冲击结构,进而提高潜艇的生命力越来越受到各国海军的重视。潜艇在作战过程中遭受水中兵器的攻击可以分为接触爆炸和非接触爆炸两种。接触爆炸形成严重的局部破坏,造成爆炸区的潜艇结构、设备的破坏及人员的杀伤;非接触爆炸在大部分情况下不会使艇体壳体出现破口而丧失不沉性,但是爆炸的冲击振动会导致潜艇上重要设备的失效损坏及潜艇总体结构的破损,使潜艇失去战斗力7墙哟ケ炸对潜艇的破坏则是全艇性的,主要体现在:对艇体结构的直接冲击波损伤,对舰艇装备的冲击振动损伤,对舰艇上人员的杀伤三个方面。在实际海战中,潜艇受到远场非接触爆炸攻击的概率比较大,研究潜艇在该情况下的抗冲击性能具有重要现实意义。目前我国潜艇主要采取双层壳形式,即在耐压壳体外部有一层非耐压的壳体。潜艇上设置非耐压结构具有很多用途:非耐压壳体可以做成良好的流线型,从而减少水下航行阻力;耐压壳体和非耐压壳体之间的舷侧用于布置有非耐压的主压载水舱、燃油舱等重要结构,以解决耐压艇体内部容积与布置的矛盾;增加了潜艇的储备浮力,改善潜艇的水面不沉性。同时在水下爆炸中,潜艇非耐压结构作为首先接触冲击波的潜艇构架,对冲击波起到了传递和削弱的作用。对潜艇非耐压壳体抗冲击性能的研究,对于保护主但是从结构设计角度来看,目前潜艇非耐压壳体结构的设计中,主要是以结构的静艇体结构及改善设备冲击环境具有重要意义。力性能为依据,除此之外,一般会根据建造和使用经验,参照母型艇选取结构型式及几
何尺寸。设计中对其抗冲击的要求考虑较少。为了使非耐压壳体的设计更加合理,研究潜艇非耐压壳体抗冲击性能,并设计新型抗冲击结构是相当有必要的。从材料的利用方面,相对于水面舰艇已经开始广泛的利用复合材料,潜艇非耐压壳体主要还是采用传统碳钢材料。复合材料以比强度高、抗疲劳、耐腐蚀以及良好的可设计性而在各行业得到广泛的应用。在现代造船业中,因为复合材料具有成型迅速、建造简单、周期短、材料无磁性以及船体易保养、不污染等特点而备受舰船设计人员的青睐。由于