北極低溫下潛艇舵桿機(jī)械性能分析與改進(jìn)

陳思余，郭文勇，余 麗，龐凱元

(海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院, 湖北 武漢 430000)

0 引 言

由于北極對(duì)于我國(guó)重要的地緣戰(zhàn)略地位，極地不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還具有非常重要的軍事價(jià)值[1]。相較于溫區(qū)潛艇的工作環(huán)境，北極地區(qū)自然條件更為惡劣，常年被冰雪覆蓋，溫度較低，這些極端工況對(duì)極地地區(qū)服役的潛艇提出了更高的要求。

北極多霧，能見(jiàn)度較低，航道曲折蜿蜒，且隨海冰運(yùn)動(dòng)變化，潛艇在北極水面航行時(shí)，需要經(jīng)常改變航向以利用冰間水道和薄冰區(qū)。冰區(qū)航行時(shí)潛艇速度較低，舵效降低，潛艇轉(zhuǎn)向變得遲鈍[2]。潛艇上浮后主要依賴(lài)尾舵進(jìn)行升降、轉(zhuǎn)向，尾舵桿機(jī)構(gòu)位于耐壓殼外、非耐壓殼內(nèi)的非水密區(qū)。與耐壓殼內(nèi)不同，舵桿機(jī)構(gòu)將直接暴露在極地環(huán)境中。對(duì)比溫區(qū)、熱帶的航行環(huán)境，北極低溫、碎冰區(qū)航行等特殊工況將對(duì)潛艇舵桿機(jī)構(gòu)機(jī)械性能帶來(lái)極大考驗(yàn)，甚至存在舵桿拉斷的風(fēng)險(xiǎn)。

本文以某型潛艇舵桿機(jī)構(gòu)為例，通過(guò)Solidworks軟件建立舵桿機(jī)構(gòu)的三維模型。在–60°C ～ –10°C 的條件下使用Ansys Workbench 靜態(tài)結(jié)構(gòu)模塊對(duì)導(dǎo)向拉桿構(gòu)件進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果以及潛艇實(shí)際條件提出改進(jìn)方案。

1 潛艇舵桿機(jī)構(gòu)原理

潛艇舵裝置用于控制潛艇的姿態(tài)和方向，由舵桿機(jī)構(gòu)和液壓舵機(jī)組成。北極海域不僅常年低溫，而且存在大面積的浮冰，潛艇被迫頻繁上浮、下潛、改變航向，這對(duì)潛艇舵桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能提出了更高的要求。

1.1 潛艇方向舵

潛艇方向舵用于在水上和水下保持航向和改變航向。……