CB Z 218-1987 潜艇组合舵系列图谱及计算方法（1）.pdf

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1、CB/Z 中国船舶工业总公司指导性技术文件Cll/Z 218-87 潜艇组合舵系列图谱及计算方法（1 ) Diagrams of Methodical Series Tests and Calculation Method of Combined Rudders for Submarines ( 1 ) 1987年发布中国内吕归自工业总公司批准中国船舶工业总公司指导性技术文件潜艇组合舵系列图谱及计算方法CH/Z 2t圃7Diagrams of Methodical S3ries Tests and Calculation Method of Combined Rudders for Subma

2、rines 组另ljI舰船理论与实验专业组1 引盲1. 1 本指导监技术文件适用于水滴fj潜水艇诸组合舵流体动力系数的确定及其干拢效应的分析，l 0 z 本文件为潜艇设计、研究单位提供潜fv!i肯组合舵尾水平组合舵，垂直组合舱，指挥合国先组合施等流体动力系数的计算方法p亦可供潜艇制造、使用单位参考z 适用范围z. l 水平垂直组合舵：CF= 0 3 o ，们或自）=o ol 5 ; 68 （或6z) = o 3 0。2 0 2 田先Jj：s p =lo 0 z. 0 ; t8p = O。”o.ol;.A = 0 l T i Sp= 0 o 5 l p ; sp h/e I = 0 0 4 0;

3、 h = 0 0 2 4o .1 3 ; b旬00ZO;6 = O 0土30 I Sp o z. 艇体ED/L=0.10; D/H=l000; 19/ L= 0 ,38 0. 41; 12 /L = 0 037 0. 40 3 符号符号名称L 艇体企长D 艇体直径H I 艇体高度 j曾艇攻角。潜艇漂角68 水平舵角6z 垂直航角6sp 围壳舵角中国船舶工业总公司1987年批准发布单位m m m . . . 巳BIZ218-87 续表CF 稳定翼弦长m bF 稳定翼展长m cf 舵弦长m bf 舵展长m Cc 稳定翼平均弦长m 。舵平均弦长m bsp 回壳舵展长m CF= Cf/CF 弦长比Cc

4、= Cc/Cc 平均弦长比Abs 水平船面积m b s 水平舵展弦比Abs 水平舵前缘后掠角bs 水平舵梢根比Fl 稳定典与舵的弦向缝隙m Fz 稳定翼与舵的屁向缝隙m A F 水平组合加面积, m 入F 水平组合fli.i展弦tAF 水平组合舵前缘后掠角F 水平组合舵梢根比Az 垂直舵面积m z 垂直舵展弦比Az 垂直舵前缘后掠角z 垂直舵梢板比. Az 垂直组合他面积m z 垂直组合舵展弦比Az 垂直组合Jle;1f缘后掠角z 垂直组合舵梢板比Asp 因壳舵面积m g p 因壳舵展弦比tsp 固壳舵相对厚度Asp 回5t舵前缘后掠角g p 因壳舵梢根比. 2. CB/Z 218-87 1

5、h h“ 1 ls lz Cu bs Cpbs c击，011bs bs1 c乡，c生bs bs1 K11 = C内Nb s剧bs / Nbs 续农指挥台回壳的最大长度指挥台回壳的最大商皮田先舵的安装商皮国先舵舵轴至国先前缘的距离水平舵至艇体试验旋转中心的距离垂直舵至艇体试验旋转中心的距离水平舵的法向力系数水平舵的压力中心系数具有稳定真时水平她的法向力系数具有稳定真时水平舵的压力中心系数水平舵法向力干扰系数Kcpbs = c生bs/CpbsI水平炕压力中心干扰系数CNF CNF! 水平组合舵的法向力系数CPF CpFl 水平组合舵的压力中心系数6_ 6_ Cb CJi bs b Sl 6_ 6

6、” c c N I N F Fl Cuz c Yz c x z c Pz CJrz Cbz l Cf z C主zl KcNz = Cbz/CNz ,“ vd nu / ,“ ，J mM 圃- ve mw E Xe.,. =C士，ex. AZ “ . 电nu / ,“ E古AnLV = ”“ 古Anu E 具有稳定i时水平舵的法向力导数水平组合舵的法向力导数垂直舵的法向力系数垂直舵的升力系数垂直舵的阻力系数垂直舵的压力中心系数具有稳定真时垂直舵的法向力系数具有稳定翼时垂直舵的压力中心系数垂直舱法向力干扰系数垂直舵升力干扰系数垂直舵阻力干扰系数垂直舵压力中心干扰系数m m m m m m 1皮1皮

7、. 3. CB/Z 218-87 EA-a”,“,EA- ZZ6Z NEE nuvnhvnu ., ,z zz6Z NEfN nununu 6_ 6_ c 4 c 4 N N Z Zl c . sp C,p 品，pnua -u p nM Cl. sp c “ S p c.r.、- sp K, =C.t ” -y sp ., sp ., sp Kev 吱Cxs p sp sp Kc百C生Cplsp sp sp CNF CJ. F c AF CpF Kc =Cb /CN F F F Kn = C/C CyF YF/ YF K, = C-1, / C节P:p. F. F 甲hHNnuv vh?y n

8、u C士z敬敬系系心力中由川有川川：法压费68统创创组组直直垂垂具有稳定真时垂直舵的法向力导数垂直组合舵的法向力导贫困5t舵的升力系数田先舵的阻力系数田先舵的压力中心系数有回壳时凶光舵的升力系数有回壳时固先舵的阻力系数有固壳时田先舵的压力中心系数回壳舵升力干扰系数田先舵阻力干扰系棋回壳舵压力中心干扰系数有艇体时水平组合舵的法向力系数有艇体时水平组合舵的升力系数有艇体时水平组合舵的阻力系数有艇体时水平组合舵的压力中心系数艇体对禾平组合舵的法向力干扰系数艇体对水平结合舵的升力干扰系数艇体对水平组合舵的压力中心干扰系数有艇体时垂直组合舵的法向力系数有艇体时垂直组合舵的升力系数有艇休时垂直组合舵的阻力

9、系数有艇体时乖直组合舵的压力中心系数1度I度. 4 . CHIZ 218-87 续农Kc.N 艇体对垂直组合舵的法向力干扰系数z Kc 艇体对垂直组合舵的升力干扰系数Yz Kc 艇体对垂直组合ii的压力中心干扰系数Pz c 有mt体时回壳组合舵的法向力系数.Nspt c 有艇体时固究组合舵的升力系数Ys p古Cxspt 有艇体时田先组合舵的阻力系数c 有艇体时因究组合拢的压力中心系数Pspt 浴艇水平组合她流体动力系数的计算方法4. 1 方法一：按国谱法确定水平组合舵的流休动力系数按新设计的潜艇水平组合他参数CF=Cf句，6s查图1-1 1 - 4. 得C:hbs=! (CF，6s ) ; C

10、u = f ( Cll ，仁；.LF . . u C全bs= t ( c:F”，6s ) ; CpF =f ( CF，6s ). t.z 方法二E用多元线性回归公式计算j!fff挺水平组合A包的流体动力系数按新设计的潜艇水平组合悦参数百F=Cr/CF（戎马cc/Cc），68按附录A所提供的回归公式计算幽o-,-Cr/cF时c .,-t ( CF，6s ) ; Cpl,. f ( CF，6 S ) I 6_ -CB; =- t ( c1”，6s ) ; 当c0=c。Cc时cN -t (cc，.，s ) ; 11 ,i 0171-t c c0，气，68) ; ,.! -! （古c，6s) J Ii

11、 . Ckbs=f (CF，68 ) ; cbs = f （马，6s) ; 6_ -Cbb; = ! ( CF，6s Jo I ., -znv . ，、，. , S-vs 6146 ., u， ., .,., nu nu-nu zur、nuv，、, . 、，1fff 一一一一一-EA- 叫sss吧06bL丁PR叫cc. 5 . Cll/Z 218-87 4.3 方法三t用数值计算法确定潜艇水平组合舵的流体动力系数将新设计的潜艇水平组合舵的AFt芳，AF，F Abs，悦，Abs，bF, F、bs I z1 参数按附录B提供的方法输入计算机程序计算束得CNF出f AF 1 AF TJF Fl t

12、勺，Abs/AF);Cg回f入bs1 Abs，bs Fl，勺，Abs/AF); bs CpF= f （F, AF F吁，勺，马，Abs/AF);C全f C Abs, Abs，bs，川，Fz,Abs/ A茧，bs 5 潜艇垂直组合n流体动力系数的汁算方法5 . .1 方法.按图谱法确定垂直处合舵的流体动力系数按新设计的潜艇垂直组合舵参数cF=cr/cF, 13，z查图2【l2-z4 可得cz = r ( CF，日，6z ) ; CYz = f ( CF，但，6z) ; C去Z= f ( CF。，z) ; CXz = f ( CF，日，6z) ; C主f (CF 日，6z) ; z cpz=f (

13、cl!，日，z）。5.2 方法二：用多元线性回归公式计算游艇垂直组合舵的流体动力系数按新设计的潜艇垂直组合舵参数CF=Cf/ CF （或cc=cc/ Cc ) , 13, oz j安附录A所提供的回归公式计算当百F=Cr/CF时CB =f ( CF。，oz) ; z Cp = f ( CF。，z) ; z c！；”可一CF，日，6z ) ; 当Cc=Cc/cc时CNz1 =f Cc，日，z) ; cP = r cc，日，6z) ; Zl CNZ I= r cc C，。，z) ; cz = f ( t!”日，6.z) ; c主z骂f( CF, ，z ) ; 叫：z=rcc；，。，6z). ci1

14、 =f(Cc，。，6z) ; Zl C主f( Cc，日，z) ; Zl c11 =f (Cc，。，6z）。5. 3 方法三：用敌值计算法确定潜艇;if,直组合舵的流体动力系数将新设计的潜艇垂直组合舵的Az，ZAz，Z Az，气，Az,Tlz,r Fi, Fz按附录B提供的方法输入计算机程序计算. 6. Cll/.l 218- 87 求得c.N = t c气，Az, Z A F巫了，勺，/ flz ; z Clf =f （吨，.Az，z，町，勺，Az/Az);z CP.z = t （气，Az，ZtFl勺，Az/ Az); cz =t （z Az，Z Fl，勺，Az/ Az) 6 淤艇指挥台田先组

15、合舵流体动力系数的计算方法6 . 1 方法一：按图谱法确定指挥台回壳组合jj包的流体动力系教按新设计的jtmt指挥台田先组合舵参数SPtsp P sp11Vi飞毛且，h/h, 6sp 查回3-13-5 可得c; sp = f （sp tsp Asp ，s p, 11且，且且”hl/h,6sp ); C:Jcsp =t （s p tsp Asp，s P h且”.t且，h/h,69P）u Cpsp :2 ! （sp tsp, Asp，sp h/.t, .t/l, hl/h, 69P). 6. 2 方法二g用干扰系数法确定指j丰台回究组合舵的流体动力系数6.2.1 按新设计的游艇指挥台回壳组合舵参议

16、sp tsp As .P，”且.t，h川，h/h, 68P查回414-2 T得Kc1 cat sp tsp Asp，s P .t且，h且，h/h, 69p); ap 1:0 =it csp tsp Asp，sp .t/.t，h/.t，h, 6sp l; Xsp JCcD =t Csp tsp AtJp.119p，且.t，h！，h/h, 68P ) sp 6. z. 2 求出指挥台固壳组合妮的流体动力系敬依EJ!r回壳舵的Cv, Cx , Cp 可求出tis p品PspC,!. =K Cv ; ., sp -y sp sp CJ,. =- K, Cv ; Asp X9 P SP Cl =iK,

17、CD rsp Psp . sp . 7. CB/Z 218-87 1 有艇体时潜艇组合舵流体动力系数的计算方法以水平接合舵为例川方法1f图谱法确定有艇体时潜艇永平组合舵的流伴动力系教按新设计潜艇水平组合舵参数入bs，百F飞os及且s/L章回5-55 - 8. 可得Clf.J! = t ( Abs，句，且s/L，s) ; Cy =f （bs，句，19/L，s) ; l CXl = f （bs CF, ls/L，s ) ; C全f（bs CF, ls/L，飞l 1. z 方法二：用干扰系数法确定有J体时说艇水平组合舵的流体动力系数., I z O 1 按新设计的潜艇水平组合舵参数入bs言F，s及且

18、s/L查图5-345- 2., 可得Kell = f （bs, CF, ls/L, 0s ) ; l Kc, ” F =f （bS GF, ls/L, 0s); Kc = f ( bs，马，且s/L,os) PF 1 O 2 I z 求出有艇体时潜艇水平组合舵流体动力系数按已知水平组合舵的CBCyll,Cp，求出F F F c . -!:cBF. CNF; c, E Kl! Cv_; J YF F cB - 1:, I c，一再E审FF-.F ZF-F hu-AA a 万、A, 满艇诸组合舵展弦比，弦长比的确定 .1 水平组合舵展弦比，弦长比的确定水平组合舵的展弦比水平舵的展弦比b! bs丁二

19、；bs 回l水平组合舵示意图. 8. CHIZ 218-87 LE 长弦FL哈vnu制J合ny何一水0Lru 长，占，曲对1，主numwn可十一2阳ny一呛nmv咱一一。可回lnu，水C由1其CR十CTCc= 2 8.2 垂直组合舵展弦比，弦长比的确定b!. 垂直组合舵的展弦比z寸二；“茧垂直舵的展弦Hjb主一一：z Az 垂直组合舵的弦长比百F=Cr/ CF; 垂直组合舵的平均弦长Cc= Cc/cc; cf 十Crc, = 2 其中CR+ CF C,= z 图2垂直组合舵示意图8. 3 围壳舵展弦比的确定b!_ 固壳舵的展弦比sp丁：.“ sp . 9 . CB/Z 218-87 附录Aj替

20、艇稳定Ji与舵组合体流体动力系数回归分析方法计算公式筒编根据港艇稳定真与舵组合体挺型试验所得数据，应用多元线性回归分析方法，导出如下组合体流体动力系数的计算公式A.1 对于Oo 1 5 ; 68国030 ; cF ( c0 J =o. 30,6的稳定典与舵组合体当CF=er/ cF时CNF目0.2115十00 4 161 CF十000388十0.013866;C品0 1 3 6 3 +o 3 3 1 0 a Jf+o 0 0 0 7 5 a+o 0 0 2 43 6 s ; “ OS -CpF嚣。05 862.1181Cp产0,0154畔。.003768;Cfbs =0,199l+oo0811

21、CF卡Oo0021畔。.o o 8 2 69 ; c!s =0.0261村。024sc计0.0038叫000 lT ; J.,F CIJ8=0,0I05十00 p 50 5 CF十0.0 0 l 1OoP00968, J.I b想当Cc=Co/Cc时c. = - o 2 o 5 s +o o 41 a 9 c 0 +o o 3 a ao o I 3 8 6s ; .uFl C占萄Oo1317十00 3 34 5 cc十0.0 07 5饵”.024368;J.lbSl Cp = 0. 5 8 3 3-0. 116 6 C 。一0.0154叫蝴0.00376sFl o:1 C生0.1998十o o

22、 s 3 2 cc +o o oz i伺.008269;bsl cJis =0.0264十o.o247Cc十0.0038-0.001768;Fl 6_ C击5=0.011 1十0.0511 cc0, 0 Ol 1 0.000968 .u bs 1 ., A.2 对于13= 015，勺O30，cF(cc= o. 30.6的稳定典与舵的组合体当c7a:Cr/CF时CB z= - O. 0 8 U+o. l 85 7 CF+o. 0 3 8 9f3十O.Ol326z; CJiz自0.1799o.51 95 cF+o. o o 5 1 f3+o. 0318 6z ; Cpz嚣。们05.3 o 3 a

23、cF-o. o 2 o o J3+o. o o 6 5 6z ; 10 CU/Z 218-87 CJ:,2 =0.2343伺.0 3 5 3 CFtO 0 0 2 8户；o4o62；却也0.009川.Ol93C沪0.005313-0.001002; 咛川58+0.0361柄。oo 6 r.:l+o. o o o I 62 .） 当Cc=cc/Cc时CN 一0.0822十o.I850C0十o.039ll3+0.01J162; Z l C击o I 9 9 1 +o 6 o 1 1 cc +o o o 5 5 J3+o . o 3 2 2 6 z ; Zl Cp = 0. 66 6 4.3I65C。

24、一-o.0201!3+o.006562;. Zl t. C品=0.2333-f。.0405C0十0.0028日十Oo004062;. z 1 Cn 6z = o . o 16 2+0. o 112 C0 +o. o o 4 713-o O O 12 6z ; “ Z 1 cJ/z =0.0115钊.o401c0十o.oo。如；.Oo o 4 z , .1.1z1 . - 1 . CHIZ 218一87附录B潜艇稳定翼与舵组合体流体动力系敬敬值计算方法计扛公式简编B.1 方法概述：B. I. 1 认为组合体周围流场为位势流，其速度势（x,y, z）满足拉普拉斯方程z+ + E (1) 其中xy,

25、 z为空间豆角坐标B . 1. 2 对于相对厚度较小（t=0.151 0.18r 0.21），具有归）=O10及舵角6s ( 6z ) = o o20的潜艇稳定翼与舵组合体的位势绕流问题能以有限个到个离散的马蹄涡沿来流伸向无穷远处F其控制点在单元3/4.弦处的中点的模拟流动求解B.1. 3 舵面缝隙影响以基元涡模拟展向缝隙效应以缝隙m附加马蹄涡取代回3舵西马蹄涡的分布x B.z a本计算公式B.Z.1 诱导速度公式个马蜻涡对1个单元控制点的诱导速度分量Ui气，1与运前方速度u阔的比值为：u. .N -= :E K” Y 鸡”j= 1 Uj,j j u 。aEHW 4ZHW 4啕V W屿A WU

26、Z= 4J (2) ”. N 目j!1飞j丫3其中，1,j=1, 2, 3 , N; Ku Kv, Kw为马蹄涡的影响系数，Yj为马蹄涡的无因次环量。 12 CB/Z 218一87B. Z. Z 影响系数公式Ku二（y-y A ) ( z-.z B ）一（叫叫），LA 芷v（Z-ZA)(X-XB)-(Z-ZB)(X-XA）T z-z . 十一二 z l + 2（ Z-ZA) Z+(y-y A) x-xA +(X-XA) z十（Y-Y A) z+( z-zAJ r去JJ L Z-Z., ！l十z (Z-Zn) z十（Y-Yn)X-X.B +(X-XB)z十（y-yB) z十（Z一ZB）手）LA

27、Kw= 21t.(X-.XA)(Y-YB卜X-XB)(Y-Y A)L Y-YA .I+z ( Z-ZA) z十（Y-YA) z X-XA 占）( ( X-:-XA) Z+( y-y A) Z+( Z-ZA) I）宫L . y-yB l -;( l + zc z-zB)2十（Y-YB）属XXB .， J （X-XB)z十（y-yB)z十（Z-ZB) z )2 式中，XA,YA ZA xB, YB, z.B分别为单元马蹄涡附着i目的起点及终点坐标；(X-XA) (XB-XA)+( Y-Y A) (YB-YA)+( Z:e-ZA) （石ZA)B一( (X-XA）量十（y-y A) z+ (Z-ZA)

28、 z）告C= (X在B)( X.B XA)+(Y-YB) (Y:e-Y A)+(Z-ZB)( ZJrZA) （X-X:e）量十（Y-Y:e+(z-z:e去(3) . 13 . CB/Z 218-87 D=(y-Y A) ( Z-ZB）一（Z-ZA) ( y-yB) E（X-XA)(y-YB）一（YA)(X-XB)i+(X-XA) ( Z-ZB）一（Z-ZA)( X-XB) i B.Z.3 y j的计算式:N l: K Yjcm1十Ku1 j y j sin 61 ) = （十61)wu j=l 其矩阵形式为：( y =(BJ D)式中： D）一一马蹄涡系流体动力影响系数的方阵；( B 一一边界

29、条件的列llH( y j一环量分布Yj的列丰B. 3 组合体浏览的流体动力系数公式：B. 3 .1 单元载荷系敖4LY i A Cu 一；ri bi , b1单元的平均弦长B.3.2 组合体的流体动力系数 :N 法向力系数SC1T = ACpAAj_; J i = l .l. A一一组合体的面积；AA1单元面积力矩系数tCM寸；一 AC川A山；n.A1=1 .i. CA一一组合体的平均流体动力弦，氏；Xi一一单元我荷作用点的坐标压力中心系数tCp= c14/cN。Bo3G3 有稳定翼存在时舵的流体动力系数法向力系数：c11=s土l: A Cp AA12 ; .rz A2 12 Az一一舵面积；

30、. 14 . Cll(l 218-87 AA1 斗J包单元面积力矩系数：CMz山Z:E ACp12AA的2-A;C勾tc1lA1fX1f; CAz一舵的平均流体动力弦长；Xu一舵单元栽荷作用点的X坐标；AA1r一缝隙处单元面积；if一一缝隙处的单元数压力中心系数gCPz = CMz / C172 B.3.4 组合因子及干扰因子的计算6 6 法向力组合因子：KcN = Cu/ C111 ; c；一一组合体法向力系妥协！c 1一敞才啪的法向力系数斜卒法向力干扰因子：Kc,.= c! . 斗，；Z马Ac2一有稳定真存在时胁的系在州飞压力中心干扰因子：KcPz= Cp2 /Cpl; cpl 一技水舵压

31、力中心系数的平均也；Cp2一一有稳定翼存在时舵压力中心系数的乎均也组合体为升力体的情况下，当才日Xj的计算1跺基本满足工程精度要求，可用于初步设计。. 15 cu;z, 218-87 附录C计算实例以xX-1 潜艇为例，计算该艇水平组合舵的流体动力系教原始资料：CF=0,31Z， 5 0，。Oo,6s=Oo 3 0 or F=I,04, AF= 17 ，F=0.666，bs = Z, o 4 , A bs /AF = 0 , 17 3，且s/L=0,408.估算过程如下方法s(1)按CF，cs查图1-3，图1-4得CnF之0 0 5 0 1 0 15 CN F . 0.192 0.2f1 。.

32、？B3。.32 ) Cp F 0.210 o.当56o.410 o.445 CPF zo z 5 o.557 。.41，1o.476 。.502一30 a.I 57 。.5152) 按bstCF, 6s及ls/L查图5- 3 7，因5- 3 9何Kcllp，KcpF问人。 5 I) 10 15 20 25 30 Kc NF 1. 180 1 .予101.410 1.420 1. 390 1. 370 Kc 2.500 1 .960 1. 550 1. 250 1.020 0.960 PF (3) 由公式C击F= KcNF . CJ:TF及C主F=KcpF CpF得。5 0 10 .15 2 0

33、 2 5 3 0 Cb 0.293 o. 379 o.455 o.507 o.566 0.599 F C声F o.sgo 0.804 o.689 o.595 。.512o.494 . 16 . cu;z; 218-87 w按入bsCF, 6s及18/L查图5-7，因5-8亦可得Cl1F及CFo人0 0 5 0 10 15 zo Z 5 3 0. :r 0.20 0.259 。.346 o.4o o.47B 。.506o. 541 F 0.901 0.802 o.703 0.601 。.5020.501 - 方法二：(1) 由公式CNF一0.2 115 + 0. 4 I 6 I CF+ 0 3

34、BB叫o.013868及CpF=005862一O.I181CF0,0154十o.003768Jf-得CnF及CPF问人。5. 1 0 15 20 25 30 CNF 0.112 0.101 0.250 o.吉19。.3880.457 0.526 一。p F o.490 0.509 0.527 。.546。.564o.583 2) 由方法一查得Kc, Kc 按Cy=Kc CN及。全=Kc Cp算得Cn NF PF F llF F F .PF CpF 问。 5 0 10 I 5 1 zo 2 5 30 CJr 0.214 o.雪9o.45o 。.5510.635 0.111 F C声F 1.225

35、 0.997 0.816 0.602 。.575。.560方法三E(1) 攸入FAF llF, Abs/AF 按设计方法IfPIJ录B提供的方法用计算机程序算得CNFF 币nu ￥人cll:r CpF 0 a 5 a 10. 0.212 。.387o.450 15 ZO 一！。.301o. 349 一一一。.517。，5，当17 CB/Z 218-87 2) 由方法一查得KcNli，芷CpF按C:NF=Ken茧，CnF及C勺，KcpF CpF算得C!1F及C全Fo 6s 0 0 5 0 10 15 系数CNF 0.250 ！。.341o.424 C主F 0.968 。.8!8o.so1 附加说明本文件由中国船舶工业总公司，船舶标准化委JJl会提出。本文件由华中工学院负责起草本文件主编人：梁淑芬，孙亦兵，徐传兴. 18 . z 0 o.496 。.666