文 献 综 述
- 研究背景及意义
众所周知，潜艇是一种国家级的重要装备。自第一次世界大战以来，潜艇得到广泛运用，担任许多大国海军的重要位置，其功能包括攻击敌人军舰或潜艇、近岸保护、突破封锁、侦察和掩饰特种部队行动等。潜艇也被用于非军事用途，如海洋科学研究、抢救财物、勘探开采、科学侦测、维护设备、搜索援救、海底电缆维修、水下旅游观光、学术调查等。
随着各个国家潜艇的研究逐渐深入，其隐蔽性高、机动灵活性强、抗电子干扰特性突出、自给力和续航力大等优点日益突出，也成为了海上战争的重点打击对象，所以各国在大力发展潜艇隐身技术的同时也着重发展各种探潜技术。目前潜艇探测手段主要分为基于声呐探测和基于其他目标特性的非声探测[1]，但随着潜艇技术不断更新换代，减振降噪技术和隐形材料的发展，基于声呐的探测在潜艇运用了如自然循环压水反应堆、低噪声推进器、浮筏减振等技术以后，探测能力将大幅度下降；而基于其他目标特性的非声探测主要利用卫星或者反潜飞机上的探测雷达采用实时成像的方式探测水下的运动体在水面上发生的微小尺度变化，以及基于红外技术的红外探测器，这种探测技术具有大范围和全天候的优点，且不受潜艇“静音”技术的影响。随着新一代探测器灵敏度提高以及探测系统自身抗干扰能力增强，这种探测方式日益成熟，并成为研究的主流。
潜艇的红外特征主要由潜艇所影响的海面兴波和潜艇热特征在海面形成的热痕迹所决定。潜艇在海水中运动时易形成的尾流主要有以下几种形式：一是在温度分层的海水中，由于尾流中船壳及螺旋桨形成的旋涡将下面的冷水翻滚至上面，使得同一水平层上尾流中的温度与周围海水温度不同而形成的冷尾迹；二是潜艇特别是核潜艇为了冷却核动力装置，总是要放出大量的温热海水，这部分温度较高的海水由于温度差获得了向上的浮力，形成了潜艇经过处海面的一股热尾流；三是潜艇在前进过程中船头船尾破碎的海浪和螺旋桨搅动的海水以及柴油机充电时放出的高温废气生成的气泡尾流。
其中热废水排放形成的热尾流是水面热尾迹形成的重要因素之一。潜艇在冷却动力装置时释放的热尾流会受到其废水的排放量、排放温度，海水的温度分层和盐度分层等诸多影响。而海水的盐度分层会导致热尾流因为海水盐度的不同上升速度受到影响，甚至会使热尾流在上下层水体盐度的交界点发生聚集现象。故研究盐度分层水体对热尾流浮升特性的影响是对研究热尾迹的形成机理具有重要意义。
二．国内外研究现状
1.水动力尾流
当潜艇在运动时，无论处于通气管航行状态还是水下航行的状态，甚至潜艇本身回转浮动的运动特征对水体的扰动都有可能在水面留下可被侦查的水动力尾迹，其中包括伯努利水丘、开尔文尾迹、涡尾迹、湍流尾迹等典型类型的尾迹。
中国船舶科学研究中心的洪方文[2]通过非定长粘性数值方法对自由表面上产生的尾迹特征进行了研究，发现了潜艇尾迹的波幅会随潜深的增加和速度的降低逐渐减小。解放军理工大学的李万鹏、魏岗[3]等利用Suboff模型对自航运动螺旋桨激发的扰动特征进行了测量和分析，发现弗劳德数超过4.4时，水下尾迹内波和水面兴波的波形角急速减小，尾迹的影响范围变窄。Zhu Wei、You Yun-xiang[4]等人研究了三维情况中自由面下潜体以恒定速度在有限深流体中运动的情况，并得到了不同弗劳德数下表面波的波形波高。杨立、初明忠[5]等人使用分层流水槽进行了潜艇激发内波的实验得到了尾流内波在时间和空间上的分布规律，发现了线性分层中的内波信号在时还可以检测到。Meunier[6]等人建立了在水平方向涡粘性假设的基础上的模型，对尾迹高度、宽度和速度缺陷进行分析测定发现当环境是非均匀时，即使加速度很小，波阻力也会非常明显。南京理工大学的刘洋、朱飞定[7]等使用Fluent模拟温度梯度对尾迹的影响，发现海水存在温度梯度时在潜艇静止时热尾流无法上浮到表面，而运动时冷却水会将温度较低的海水翻转至海面形成冷尾迹。闫雪飞、金良安[8]等人利用三维大涡模拟方法进行了模拟分析，发现场中存在着对称面，各变量的相对值会呈现对称分布；流向速度呈指数形式衰减；展向速度分布具有三角函数的周期性特点等结论。
2.气泡尾流
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