舰船气泡尾流特性研究现状

为了对水面舰船尾流的特性和产生机理进行试验测量和理论分析,并以此为基础,建立舰船气泡尾流模拟系统,进而研制声光复合尾流自导系统.在阅读相关文献及参考相关试验结果的基础上,对舰船气泡尾流特性的研究现状进行了总结.从气泡的运动、气泡的分布及气泡数密度变化规律3方面阐述了尾流中气泡特性;从舰船尾流的长度、宽度、深度3方面描述了气泡尾流几何特性的数学模型;指出了气泡尾流特性的研究方向以及急需解决的2个重要问题.     

化学药剂产生气泡幕模拟舰船尾流分析

介绍了如何利用化学药剂与水反应生成气泡幕模拟舰船尾流。只有当模拟尾流的声强度和真实舰船尾流的声强度相同或者相近时才有可能成功对抗尾流自导鱼雷,而模拟尾流的声强度和单位体积气泡含量相关。本文从气泡幕单位体积气泡含量和气体含量以及所需化学药剂量三个方面对此方法进行了分析。     

实船尾流气泡对太阳光散射特性的影响

由于到达海表面的太阳光的主要能量分布在0.15～4 μm之间,且海水的透过窗口也在此范围内,太阳光在海水中具有一定的穿透能力.在海水中尾流气泡受到太阳光的照射会对其有明显的散射作用.利用尾流气泡太阳光散射特性与海水散射特性的差异可对尾流进行探测.本文利用Mie散射理论对尾流气泡的太阳光散射特性进行了研究,并在真实海洋环境中对海水及实船太阳光散射特性进行了试验研究.研究表明,以太阳光作为光源,在一定深度可以探测到尾流气泡太阳光散射特性.     

基于真实海洋环境的舰船近程气泡尾流数值模拟

基于欧拉双流体模型和相群平衡模型建立了真实海洋环境下的舰船近程气泡尾流数值模拟方法,对舰船驶过时海洋背景场中生成更大气泡的可能性进行研究,以了解舰船近程尾流中气泡的空间分布特征,为声学和光学探测舰船尾流提供依据。研究表明:舰船航行会显著增加舰船周围自由面的气泡空隙率,使海洋背景场中自由面上的空隙率增加到2倍以上。大气泡主要集中在舰船的表面,体积分率可达85%;自由面上小气泡的数密度最高。原海洋背景场中不存在的大气泡将主要在壁面生成,自由面上也有少部分生成。     

气泡尾流光学特性研究的发展评述

概述了气泡尾流研究的理论意义及其重要的实际意义，简述了用光学方法研究气泡尾流的基本原理和方法，介绍了气泡尾流光学特性研究的几个主要问题，综述了目前国内外在这一领域的研究现状并对未来的研究方向进行了展望。     

舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析

利用Mie散射理论及其递推公式并结合舰船尾流气泡的测量结果,得到了舰船尾流中气泡群的散射相位函数。通过对散射相位函数的分析与讨论,得出：尾流存在时间及气泡群分布模型参数的变化对散射相位函数的影响较小,仅当小半径气泡密度增加时其后向散射强度略有减小;尾流气泡相对于海水的折射率变化是影响尾流气泡群散射相位函数的主要因素,相对折射率越大,后向散射越弱。     

基于 LES 和 BPBE 的舰船气泡尾流数值分析方法

提出一种基于大涡模拟（LES）和气泡群平衡方程(BPBE)的舰船气泡尾流特征参数研究的数值分析法：首先建立舰船尾流场 LES 控制方程,结合实船初边始条件,对流向的速度进行数值模拟;然后再将 LES 计算得到的速度代入 BPBE 方程进行尾流中气泡数密度分布（BND）的求解。计算结果表明：BND 沿尾流流向的分布基本符合指数分布,在500 m 以内的区域衰减速度很快,500 m 以外的区域衰减速度缓慢;在离船尾越近的地方,小气泡的相对 BND 越大;在3000 m 距离处 BND 最大的气泡尺寸约为70滋m。该方法计算效率较高、占用空间较少,可望为舰船气泡尾流特征的研究提供新的有效手段。     

基于水中气泡特性的舰船应用技术

水中气泡广泛应用于化工、环境及海洋等工程实践中,其动力学特性及与周围流体的相互作用是气液两相流领域研究的热点。本文分析了水中气泡的基础特性,以及少量存在的气泡对流场声学、光学等特性的影响,探讨了基于上述特性的舰船隔声降噪、舰船减阻、舰船尾流抑制等技术,可为水中气泡在船舶领域应用的进一步拓展提供参考。     

船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型

针对尾流气泡运动过程中上浮速度与半径变化互相影响的动态耦合问题,分析了气泡的受力情况,考虑到非恒定Basset力的影响,得出了气泡瞬态加速度模型;并在气泡传质模型中引入非平衡传质理论,得出了气泡的瞬态非平衡传质模型;进而依据气泡质量变化率实现了两模型的耦合,以此构建了完整的船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型.计算结果表明,Basset力对运动初始阶段的速度变化影响显著,而引入非平衡传质理论的计算结果与实验吻合更好.     

人工气泡船水动力性能试验研究

文章通过试验途径研究了人工大气泡船的水动力性能,试验包括气泡船流量测试试验、气泡船通气对比试验、气泡船与其原型船静水及波浪中对比试验。结果表明,气泡船充气后阻力能大大下降;对于气泡船有一最经济的充气流量;气泡船在静水及波浪中的综合性能均优于常规船型,特别是阻力下降很多。根据试验结果还分析了气泡降阻的原理:具有一定压力的气泡腔,除了减小船底的摩擦阻力之外,还支撑了艇的一部分重量,减小了艇体的吃水,从而阻力也相应地减少。     

水下爆炸气泡对水面舰船载荷的数值研究

文章基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程,阐述水面舰船附近三维爆炸气泡脉动过程的计算模型.通过数值计算获得气泡运动规律的同时,着重研究爆炸气泡对船体的载荷.计算结果揭示出爆炸气泡对水面舰船的整体破坏作用.     

舰船更换主机后的快速性预报

为了快速预报四桨舰船更换主机后的快速性,本文以规范法(螺旋桨的图谱设计)为基础,根据原舰船的设计工况和主机负荷数据,分别预报四桨同时工作、侧桨工作,中桨自由旋转和中桨工作,侧桨自由旋转时快速性,结果达不到设计航速;然后通过更换主机,再进行快速性预报,达到了预定的航速,获得了满意的结果。进而说明旋桨图谱设计法在舰船快速性预报的优越性。本文以四桨船为例,使用螺旋桨图谱设计法在舰船快速性预报进行举例,为相似类型的船舶进行快速性预报提供了方法,具有一定的理论意义与实际利用价值。     

船舶操纵非线性KT方程参数的辨识

利用差分进化法对一阶和二阶非线性船舶操纵KT方程中的参数进行辨识,采用积分的方法处理试验数据以获得辨识所需的样本,将辨识结果与前人的方法进行比较,证明该方法能有效提高辨识精度.另外,辨识过程采用平行处理法代替分步辨识法,解决了辨识中的参数相消现象,同时也简化了辨识流程.     

舰船尾迹SAR图像特征的谱分析研究

图像纹理在频率空间的分布具有规律性,可以通过对图像进行频谱分析来提取纹理特征。根据SAR成像机理对舰船尾迹SAR图像进行了仿真研究,采用周相谱法对图像的二维功率谱作一维变换处理,提出基于归一化能量谱的图像谱特征分析方法,并给出了不同探测参数下尾迹SAR图像谱特征的仿真图。结果表明,该方法可有效地消除海面背景的影响,实现舰船尾迹特征检测的定量分析。     

Numerical estimation of ship resistance in broken ice and investigation on the effect of floe geometry

In this paper, a numerical model based on the non-smooth discrete element method is presented to investigate the effect of ice floe shape on ship resistance under low-concentration broken ice condition where ice fields consist of relatively small and unbreakable floes. The accuracy of the numerical model is validated by the comparison with a series of experiments conducted by the authors with artificial ice floes made from polypropylene (PP) material. The mean ice resistance estimated by the numerical model is in fairly good agreement with both the experimental results and those from the existing semi-empirical formulas. Additionally, the floe shape effect captured in the experiment, i.e. “rectangle-like” floes results in higher resistance than “elliptic-like” floes, is also predicted by the numerical model. Then, the validated numerical model is used to further investigate the effect of floe shape on ship resistance. It has been found that the rectangle floe results in higher ice resistance than other studied floe shapes. The ratio between the maximum and minimum caliper diameters of floe shows little influence on the ice resistance of ship. Finally, the effect of ice thickness on the ice resistance is also discussed.