水下轴对称航行体局部渗透与喷射减阻特性对比研究：通风策略优化与机理解析

本文通过数值模拟系统比较了径向（radial）与轴向（axial）通风方式在不同航速（4-10 m/s）和通气量（0.1375-2.061 m3/h）下的减阻特性，揭示轴向通风通过轴向气体动量注入可有效抑制压差阻力，在低通气量下实现更大气体层覆盖面积（ALDR），其减阻效果呈现三阶段特征，而径向通风仅在高通气量时生效。研究为水下航行体通风减阻（Ventilation Drag Reduction）策略优化提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究采用数值模拟方法，系统对比了水下旋转体在喷射（jetting）与渗透（permeation）两种通风方式下的空气喷射减阻特性，深入探究了射流流量和通风方式对空气层稳定性及减阻性能的影响。研究成果为优化水下旋转体空气喷射减阻技术提供了理论支撑，对拓展该技术的应用具有重要指导意义。

Numerical model

本研究采用1/12缩比的SUBOFF裸船体模型，配备环形通风装置。如图1所示，数值计算模型具体结构分为轴向喷射模型（Model A）和径向渗透模型（Model B）。Model A总长380 mm，直径40 mm，艏部设有环形气隙用于轴向气体注入；Model B则在相同尺寸下通过表面微孔实现径向气体渗透。

Comparison of drag reduction characteristics

选取4、6、8、10 m/s四种来流速度条件，每个速度下定义13种不同气流量（0.1375-2.061 m³/h）。研究发现：当气流量低于0.6183 m³/h时，径向通风无法形成有效空气层；而轴向通风在低气流量（0.1375-0.4122 m³/h）即呈现中等减阻率区域（15-30%），中等气流量（0.4809-0.6870 m³/h）进入低减阻率平台期（约10%），高气流量（>1.0305 m³/h）则可达50%以上减阻率。

Conclusions

轴向通风通过注入轴向气体动量，能更有效抑制压差阻力，在低通气量下实现更大气体层覆盖面积（Gas Layer Coverage），其减阻效果呈现"三阶段"特征；而径向通风仅在高压差条件下生效，表现为"全或无"的两阶段模式。研究建议：追求续航时优先选择小通气量轴向通风，需要高减阻率时则采用大通气量径向通风。