郭春雨，韩康，韩阳，王超，李鹏

(哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨150001)

潜艇因作战任务、补给、人员轮换以及靠港等需求需在浅海处进行活动，此时自由液面的兴波会增加潜艇的航行阻力，改变螺旋桨工作的流场环境，降低螺旋桨的推进性能。研究自由液面对潜艇伴流场的影响有助优化潜艇螺旋桨，提升潜艇的推进性能和操纵性能。

国内外学者就自由液面对潜艇伴流场的影响进行了大量试验研究和数值仿真研究。Wilson-Haffenden等[1]和Shariati等[2]对潜艇Sub-off模型在不同航速、不同潜深下的阻力特性分别进行了试验研究和数值模拟。Liu等[3]通过CFD方法模拟不同几何参数的潜艇在近自由液面航行的情况，发现潜艇的波谱因其几何参数变化和航行速度变化会出现不同的波谱密度峰值。Dawson[4]总结梳理了有关潜深、航行速度以及艇体细长比对潜艇伴流场影响的研究；文献[5-6]运用商用流体仿真软件分析自由液面对潜艇阻力性能的影响，发现艇艏肩部波峰和艇艉肩部波谷之间的相互干扰、耦合是艇体阻力发生“驼峰”变化的主要原因。

自由液面会对潜艇的阻力、流场、兴波等多方面产生负面影响，但有关自由液面对潜艇伴流场影响的试验研究仍比较缺乏。本文采用粒子图像测速(particle image velocimetry，PIV)技术对不同潜深条件下，艇体的伴流场进行测量，总结分析伴流场的速度、湍动能以及雷诺应力等湍流特征，进而总结得出自由液面与伴流场的耦合作用及其流动特征。

1 潜艇伴流场测量试验

本次试验是在哈尔滨工程大学拖曳水池实验室完成的，水池主尺度为108 m×7 m×3.5 m；……