三体滑行艇阻力试验研究

为了验证三体滑行艇超高速航行能力,研究其阻力特征和船型特点,通过船模试验测量了不同排水量、重心位置下的阻力、纵倾角和升沉,研究了压浪条对阻力与航态的影响.试验结果表明:三体滑行艇2个辅助片体的存在加大了高速航行时气动升力的影响,改善了其水动力性能,具有优异的纵向稳定性和极小的兴波与喷溅,在Fr(v) ＞8条件下仍能稳定...     

三体船压力跃变的喷水推进推力数值方法

为实现喷水推进船舶推力的快速预报,本文提出了一种通过求解兴波阻力、粘性阻力和进流面物理参数实现喷水推进推力快速迭代求解计算的数值方法。本文依据船舶受力的平衡方程,在喷水推进流道内采用压力跃变法,建立船舶喷水推进推力计算数学模型。采用边界元法对兴波势进行求解,通过对船体加长处理,解决兴波阻力计算中流道面元与自由液面面元互相穿透导致的影响系数矩阵异常等数值问题。运用湍流边界层理论计算控制体进流面的速度、压力和进流面边界层影响系数。以三体船船模为研究对象,将数值计算结果与粘流计算流体力学喷水推进自航结果进行对比分析,结果表明:该方法预报三体船喷水推进系统推力相对误差小于5%,能够快速有效预报三体船喷水推进推力性能及推力减额,具有较强的理论研究和工程实际应用价值。     

三体船阻力计算的改进方法研究

为了提高三体船的阻力计算精度,采用CFD技术分析了网格、湍流模型、对流项离散格式等3个因素对三体船阻力性能计算的影响,探讨了开展网格收敛研究、运用网格自适应技术、选取适用的湍流模型及对流项离散格式等措施来改进三体船阻力性能预报的可行性.研究表明,分别从网格、湍流模型及对流项离散格式等角度改进三体船阻力性能预报的难度极大,并且收效不明显.由于各种因素导致的模拟误差无法完全避免,基于各因素导致的误差及偏差在一定程度上能够相互抵消的想法提出一种改进三体船模型阻力性能预报的方法,计算结果及验证研究表明该方法能够改进三体船模型的阻力计算.     

中高速深V型船阻力预报方法及尾板减阻机理

为了提高深V船阻力性能及预报精度,针对中高速深V型船航行姿态变化显著的特点,采用RANS方程计算船体航行时流场压力分布,通过静力平衡迭代求解船体航行时实际升沉及纵倾,进而计算阻力;模型阻力数值计算和试验结果的对比表明该方法阻力预报误差在2％～4％.深V型船尾板减阻原因来源于3个方面:航行纵倾角的减小、船体压差阻力的减小...     

雷诺相似船模预报实船推进因子的数值方法

为了克服船模预报实船推进因子中的尺度效应,通过引入虚流体运动粘性系数,在数值计算中实现了缩尺船模与实船的雷诺数相似.根据船体兴波作用对推进因子影响甚小的基本分析结论,运用RANS方程和RNG k-e湍流模型,对一条缩尺比为20的雷诺相似船模进行了不考虑船体兴波影响的自航数值试验计算,通过对数值相似自航船模自航点和推进因子的数值计算,预报了实船的实效伴流分数和推力减额分数,所得结果与试验吻合较好,表明了该文的实船推进因子预报方法町以消除船模与实船之间固有的尺度效应,具有较强的工程实用性.     

舰船敷设抗冲瓦后的阻力计算与试验研究

为了研究舰船敷设抗冲瓦后的阻力性能,采用RNG湍流模型和有限体积法求解RANS方程对船模三维粘性绕流进行了数值模拟,兴波阻力计算则采用基于格林定理的时域边界元法.开展了敷设抗冲瓦前后的阻力性能拖曳水池对比试验.理论计算与试验结果表明:舰船敷设抗冲瓦后阻力在低速时基本保持不变,中高速时会由于兴波阻力的增加使得舰船的阻力有所增加,但不超过1%.计算与试验结果的比较验证了数值方法的有效性.     

小水线面双体船阻力及航态预报方法

为了在小水线面双体船船型设计阶段实现阻力与航态的快速预报,基于Dawson方法,通过船体局部网格快速划分迭代求解船体纵倾、升沉以及不同航态下的湿表面积变化,从而实现提高阻力预报精度和航行姿态的预报。同时针对不同数值处理对计算结果的影响进行了探讨。以排水式Wigley船型为例,将基于改进后Dawson方法的阻力与航态理论预报结果与试验结果、商业软件非线性方法的计算结果进行了对比,对所用理论及网格划分、表面积分等数值方法的选择进行了讨论与验证。运用验证后的理论及数值方法,对小水线面双体船型进行了兴波阻力、湿表面积、航行姿态及总阻力预报,并与试验结果进行对比,可以看出理论计算结果与试验结果在峰值与趋势上都吻合良好。研究表明,在小水线面双体船阻力预报时考虑航行姿态和湿表面积变化所产生的影响是十分必要的。验证了方法对于小水线面双体船阻力与航态的快速预报是可行有效的。     

棱柱型滑行艇喷溅特性研究方法

为了研究滑行艇喷溅现象,本文基于CFD软件FINE/MARINE开展了棱柱型滑行艇不同底部横向斜升角和不同航速下的数值模拟。将艇体表面的流体特征信息(速度场、压力场和水气体积分数等)导入自编程后处理程序,程序对艇体节点空间坐标重新生成非结构网格,给定喷溅的判断条件,自动识别和处理艇体喷溅区形状及喷溅阻力(包括喷溅摩擦阻力和喷溅压阻力)。研究结果表明:本文提出的喷溅处理方法可以较好地处理自由面破碎、飞溅等强非线性引起的高性能船舶阻力增量问题,为揭示高速滑行艇喷溅内部机理及防飞溅结构形式奠定基础。     

棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解

滑行艇在高速滑行时因其艇重基本由水动升力支撑,用较常规的排水型船运动预报方法计算并不准确.针对这一问题提出了一种计及水动升力影响的预报方法,用于计算棱柱型滑行艇在静水中的滑行姿态和波浪中的运动响应.在半经验公式的基础上,讨论了水动升力对各水动力系数的影响,并建立了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解模型.将计算值和试验值进行了比较,结果吻合较好.     

加装尾压浪板单体复合船型运动预报研究

为改善单体复合船型静水阻力性能,在传统单体复合船型基础上在尾部加装尾压浪板,可以改善其静水阻力性能,同时其耐波性能也得到提升.对加装尾压浪板的单体复合船型开展纵向运动预报研究,先后采用切片法进行理论预报,分别用二维RANS方法和三维RANS方法计算船体剖面及尾压浪板水动力系数,RANS方法计算组合附体和尾压浪板的升力系...     

密度分层流中浅航艇兴波尾迹分析

为研究由密度差引起的分层流对浅航艇兴波尾迹特性的影响。基于RANS方程,采用Realizable k-ε湍流模型,结合用户自定义函数(UDF)方法建立了用于密度分层流中潜艇兴波尾迹特性分析的多相流CFD模型。采用此模型针对SUBOFF全附体潜艇在密度分层流中不同位置处以不同航速(低速、中速、高速)浅层航行时的水动力性能开展了模拟,分析了航速、航行位置、密度分层等参数对潜艇在各交界面处兴波尾迹以及水质点速度分布特性的影响。研究结果表明:潜艇航速越高,并且距交界面越近,在各交界面上的兴波将越剧烈,尾迹越明显,尤其在中速阶段,潜艇将激起较大的兴波;自由液面与内波面兴波波形区别较大,主要表现为自由液面处兴波前端为波峰而内波面处兴波前端为波谷;内交界面处兴波对各参数的敏感度较自由液面的要低。本数值模型具有较高精度,可为密度分层流中航行潜艇兴波尾迹特征分析提供一种有效的手段;模型给出了潜航艇在不同工况下的航行特征,可为密度分层流中潜艇规避策略的选取提供参考依据。     

带片体的滑行艇高速航行纵稳性研究

为研究片体布置对滑行艇高速航行纵稳性的影响,本文对单体艇进行了静水拖曳试验,采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型,利用重叠网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算值与试验值对比验证了该方法的有效性;利用全因子设计空间采样法和数值手段,对带片体的三体艇高速航行发生海豚运动时的运动响应和水动力特性进行计算,分析了片...     

自由度开放条件下螺旋桨激振力数值分析

船舶在实际航行中会发生升沉和纵倾,为了考察这种姿态变化后的船舶水动力性能与通常以约束模型为基准的数值计算结果的差异,基于RANS方法以KCS船和KP505桨为研究对象,采用六自由度运动模型和叠加旋转模型,进行了固定状态和自由度开放状态下的数值自航实验,其中非定常流场的数值传递过程采用重叠网格技术实现,将计算得到的船体周围绕流场以及螺旋桨激振力进行了对比分析。计算结果表明:自由度放开状态相比固定状态,船舶具有埋艏纵倾,导致二者船艏兴波和尾流场存在差异;以固定模型开展数值自航实验得到的船艉脉动压力预报结果相比于自由度开放状态存在一定的过度预报现象。     

高阶面元法求解非线性船行波问题

针对非线性船行波问题,本文基于三维势流理论,采用Rankine源高阶面元法求解。非线性自由面条件通过定常迭代法求解,物面条件考虑船舶实际湿表面。开发数值程序实现了船体表面网格自动划分并采用不完全LU分解的预处理GMRES迭代法求解边界积分方程组。计算了无限水深下Wigley和S60船在不同航速下兴波阻力、姿态、自由面波形等,与试验结果吻合良好;计算了Wigley浅水中船侧波形及兴波阻力,分析了水深、航速对结果的影响,研究表明本文所采用的方法能够准确预报船舶兴波阻力、姿态及波形,对不同船型、不同航速、不同水深均广泛适用。     

浅水效应对船舶阻力及流场特性的影响分析

为了分析浅水条件下船舶阻力及流场的特点,本文基于混合网格技术,结合Reynolds average numerical simulation(RANS)方法,对标准船模KRISO Container Ship(KCS)开展了船模浅水效应的数值预报分析。KCS船的船艉部分使用了三种不同的非结构网格划分方法,与水池试验值对比得到恰当的网格划分方法。通过改变数值水池高度探究水深变化对于船舶阻力及流场特性的影响。研究发现:当水深h小于10倍吃水时,KCS船浅水效应明显,随着水深的减小,船舶阻力系数、z方向抽吸力以及桨盘面伴流分数均呈增大趋势;随着水深的减小,艏艉压力差逐渐增大,船艉倾现象更加明显。     

排水型高速双体船兴波问题的数值计算

以一种基于NURBS(non-uniform rational B-splines，非均匀有理B样条)的域外奇点高阶面无法计算了排水型高速双体船兴波波形与波形阻力。该方法以NURBS准确地表达船体表面、待求的自由面兴波波形和船体表面上及置于自由面上方一定高度的未知源强分布曲面。所引入的方尾边界条件及相应数值处理简单而有效。计算结果较好地反映了排水型高速双体船由于片体内侧的散波干扰作用而形成的复杂兴波波系的特征并求得与实验值接近的波形阻力。     

基于滑移网格技术的船桨相互干扰研究

船体和螺旋桨的相互干扰是非定常的,采用力场模拟和混合面模拟等方法,虽然能解决一些实际问题,但是在模拟实际流场的非定常性上则显得不够精确.为了研究船桨相互干扰的非定常水动力性能,基于滑移网格技术,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用DES湍流模型,实现了船体、螺旋桨、完整船桨组合这3种模型的水动力性能研究.预报值和试验值的比较显示,这3种模型的预报结果都和试验值吻合良好.同时,计算结果揭示了船体和螺旋桨的这种相互干扰,对湍流边界层影响不大,但是对船体表面和螺旋桨桨叶的静压力分布影响很大.     

气泡高速艇波浪中阻力及运动性能数值研究

为探索气泡高速艇在波浪中的减阻效果及运动性能,基于RANS方法,应用Overset网格技术、数值造波、HRIC-VOF方法及6-DOF运动模型构建气泡高速艇静水及波浪中的数值水池,阻力计算与试验值的偏差小于4.59%,纵向运动计算值与试验值偏差小于6.4%。进而分析了气层对B.H.型高速艇波浪中阻力、纵向运动的影响规律,研究了艇体运动对气层面积与形态的影响规律,获得了波浪中气层-艇体相互作用的力学过程;气层对垂荡的影响甚微,对纵摇有改善效果;顶浪条件下纵向运动对气层面积的影响不大,波浪中的减阻率仍可达27.24%~30.62%。     

三体滑行艇槽道的水气动力特性研究

为了研究槽道的水气动力作用机理,本文利用CFX软件结合船体六自由度运动方程对三体滑行艇在Fr为3.14~5.83的两自由度静水直航运动进行了模拟,结合试验中的船体兴波特性分析了槽道水气动升力随航速的变化规律。计算结果表明:槽道在Fr=5.83时,进入全通气状态;在Fr4.04时,气动升力成为槽道升力的主要来源并主要作用于槽道末端的平直段。不同的平直段长度的模型的计算结果表明:增大槽道平直段长度能够提升槽道升力,并取得了6.0%的平均阻力收益,但减少了槽道的纵倾力矩,不利于高航速下的纵向稳定;而缩短平直段长度则降低了槽道的升力,并导致阻力出现3.7%的平均增幅,但模型的纵向运动稳定性略有提升。     

密度分层对近水面航行潜体兴波阻力影响分析

为研究密度分层流对潜体阻力及兴波的影响,本文基于RANS方程,采用Realizable k-ε湍流模型,结合欧拉多相流模型和自定义函数(UDF)方法建立了密度分层流中水下潜体航行特性分析的CFD模型。采用SUBOFF模型进行了网格及时间步长的收敛性验证,并将数值模拟结果与相关试验进行对比,验证了本数值方法的精确性;模拟了全附体潜体以不同航速航行于不同位置时的水动力特性,探讨了密度分层流中航速、潜深及潜体与内波交界面距离对潜体受力的影响。潜体的速度变化主要对潜体艏、艉及表面拐点处压力影响较大;而潜深的变化主要影响潜体主体部分的压力。本文给出了密度分层流中不同航行参数下潜体的受力特征,可为密度分层流中潜体水动力性能分析提供较好的参考。