北極低溫下潛艇舵桿機械性能分析與改進

陳思余，郭文勇，余 麗，龐凱元

(海軍工程大學 動力工程學院, 湖北 武漢 430000)

0 引 言

由于北極對于我國重要的地緣戰略地位，極地不僅具有巨大的經濟價值，還具有非常重要的軍事價值[1]。相較于溫區潛艇的工作環境，北極地區自然條件更為惡劣，常年被冰雪覆蓋，溫度較低，這些極端工況對極地地區服役的潛艇提出了更高的要求。

北極多霧，能見度較低，航道曲折蜿蜒，且隨海冰運動變化，潛艇在北極水面航行時，需要經常改變航向以利用冰間水道和薄冰區。冰區航行時潛艇速度較低，舵效降低，潛艇轉向變得遲鈍[2]。潛艇上浮后主要依賴尾舵進行升降、轉向，尾舵桿機構位于耐壓殼外、非耐壓殼內的非水密區。與耐壓殼內不同，舵桿機構將直接暴露在極地環境中。對比溫區、熱帶的航行環境，北極低溫、碎冰區航行等特殊工況將對潛艇舵桿機構機械性能帶來極大考驗，甚至存在舵桿拉斷的風險。

本文以某型潛艇舵桿機構為例，通過Solidworks軟件建立舵桿機構的三維模型。在–60°C ～ –10°C 的條件下使用Ansys Workbench 靜態結構模塊對導向拉桿構件進行靜力學分析，根據仿真計算結果以及潛艇實際條件提出改進方案。

1 潛艇舵桿機構原理

潛艇舵裝置用于控制潛艇的姿態和方向，由舵桿機構和液壓舵機組成。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，這對潛艇舵桿機構的機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。……