水下运动目标对海面冷表皮温度场调制影响研究

【作者】 沈天闰； 王成安； 谭建宇； 周志权； 王军； 高继鹏；

【机构】 哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院； 哈尔滨工业大学(威海)信息与电气工程学院；

【摘要】 针对水下航行体的探测一直是各国海军关注的重点。随着未来减振降噪、高速深潜等潜艇关键技术的发展,传统探测方式探测潜艇变得越来越困难,而针对潜艇诱发的间接红外探测方式必将受到重视。冷表皮是海洋表面存在一层很薄的热边界层,它的温度一般比相邻下层水体的温度低零点几摄氏度。水下潜艇运动会在近海面形成V形流场,在此过程中会破坏原有的冷表皮结构,使水面温度场发生改变,从而产生与潜体运动参数相关的红外信号,可被红外遥感卫星探测识别。本文通过数值计算的方法,对潜艇在不同运动状态下对冷表皮的调制作用进行了模拟。本文基于CFD软件,采用边界造波法、阻尼消波技术及VOF自由表面处理方法,以速度入口和压力出口作为计算域主要边界条件,建立了三维密度-温度层化的风-浪-流数值水槽。在考虑了密度阶跃层化和温度连续层化的情况下,基于SUBOFF潜艇模型,对不同Froude数下的潜体运动状态,分析了冷表皮受到自由表面Kelvin波和内波调制作用下的温度场的分布变化。从计算结果中可以看出:潜艇直接引起的Kelvin波对冷表皮影响较小,内波映波的影响比较明显,能够引起冷表皮温度变化在不同风浪条件下幅度可以达到5%～30%,其形状与夹角均与内界面波有较强的相关性;引起的冷表皮变化在潜体后方较远的位置,几乎与Kelvin波系不发生重叠。更多还原