曲线运动潜体近水面兴波时域研究

本文利用快速多极子面元法的高效性与精确性,对近水面潜体在水平面曲线运动过程中的时域兴波势流问题展开研究。首先确定了自由面网格密度及时域更新方法以保证数值模拟的准确性,探索了椭球潜体在水下做直线运动与曲线运动时阻力系数与升力系数变化的区别,明确了曲线运动过程中各项系数的变化规律,并针对不同的偏航角度的兴波特性进行比较,研究偏航角度大小对于潜体兴波阻力、升力以及表面兴波波形的影响。研究结果表明,当偏航角较大时,表面兴波对曲线运动潜体所受阻力和升力影响均非常显著;随着偏航角度的变大,各波系间的相互作用更加明显,表面波形更为复杂,导致了兴波阻力激增,阻力及升力曲线均出现大幅波动且不对称性。     

近水面水翼影响的船舶兴波时域计算研究

近水面水翼的兴波由升力线的自由面兴波来表达,船体的兴波考虑升力线兴波的干扰影响,三维时域格林函数法用于船体的兴波分析计算.以Wigley船型为数值计算例,考虑近水面水翼的影响,分别对单体船和双体船进行了船舶兴波计算研究,提供了兴波波形和兴波阻力的计算结果.以系列60船型为数值计算例,把计算的结果与发表的有关结果进行对比,具有较好的吻合.本文还对船舶自由表面兴波波形进行了时域数值仿真.     

穿浪双体船兴波阻力研究

对穿浪双体船（WavePiereingCatamaran,简称WPC）兴波阻力理论计算方法进行了研究,在此基础上对一艘穿浪双体船模型的兴波阻力进行了理论计算,并将理论计算结果与模型试验结果、25°系列阻力图谱计算结果进行比较,探讨了片体修长系数、片体间距对WPC兴波阻力影响的规律。     

基于CFD的半潜式钻井服务支持平台拖航阻力数值分析

通过分离涡模拟法（detached eddy simulation,DES）对半潜式钻井服务支持平台拖航阻力进行了研究,重点对平台拖航阻力、阻力系数和平台表面附近流场分布等特性进行了研究。研究表明：流方向下平台各结构所受阻力各不相同,下浮体占据总阻力比最大（尤其是90°来流方向下）。阻力系数及升力系数时历曲线变化具有“脉动性”。通过平台表面附近流场分布可以分析涡形成及受力原因,逆方向流及涡之间相互作用使得阻力有所减小。     

近水面潜体兴波阻力的数值预报和收敛性分析

基于Nobleses新细长船兴波阻力理论,以匀速直航的定深椭球体为对象,运用新的数值计算方法,考察了物面分块数目、单元节点数目、波向角积分范围和特殊函数的项数对0阶和1阶兴波阻力数值计算结果的影响,并将计算结果与有关权威资料综合互校,证实这种算法对近水面潜体兴波阻力预报是可行的.     

时域中的潜体兴波研究

从格林定理出发,在边界面上布置Rankine源和偶极子,在时域中用时间步进法计算模拟了潜体近自由面运动的兴波现象,构建了一种处理兴波问题的计算模型.文中详细介绍了这种方法的理论推导和计算过程,并通过试算确定了适当的模型参数.通过对多个参数的变化调整,讨论了它们对潜体兴波阻力和波形变化的影响.大量的数值试验和与试验数据的比较,证实了该法作为三维数值波浪水池的一个支撑模型是可行、可靠的.     

海底沙波对潜器水动力性能的影响

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D> 5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

带固定鳍的小水线面双体船运动预报研究

小水线面双体船(Small Water-Plane Area Twin Hull Ship,SWATH)是指为改善耐波性、减小兴波阻力,而使片体的型线在水线附近光滑收缩的双体船。本文依据三维势流理论计算某小水线面双体船的运动响应,考虑加装固定式首尾鳍后鳍的升力对水动力系数的影响。应用Fluent软件计算鳍的动升力修正系数,根据经验公式导出鳍所产生的水动力系数,将其带入到船体纵向运动微分方程。本文计算时采用修改程序后的WALCS软件进行运动响应的计算,将得到的结果与无鳍船体的计算结果相比较,分析减摇效果。研究结果可为鳍的设计提供参考。     

侧体位置对三体船阻力影响研究

基于三体船船模系列阻力试验结果,系统研究了侧体位置对三体船阻力的影响,分析了采用线性薄船兴波阻力理论预报三体船阻力及优化侧体位置可能存在的问题,并提出从主体兴波波形进行优化分析的新思路.结果表明,从主体兴波波形即可分析侧体位置对三体船阻力的影响,与试验结果基本一致.     

非线性兴波数值方法在高速三体船侧体布局方案比较中的应用

为使三体船侧体布局方案阻力性能比较更加可靠,对单体船非线性自由面边界条件的兴波阻力预报程序进行改进,成功开发了考虑升沉和纵倾影响的三体船非线性兴波阻力预报程序,对15种侧体布局方案的Wigley三体船兴波阻力进行计算,并将其与线性薄船理论计算结果、线性自由面条件的Dawson型方法计算结果、模型试验结果进行比较,表明非线性兴波阻力数值方法能够更好地反映三体船兴波阻力特性,用于三体船侧体布局优化设计时较其他2种数值方法更加可靠.     

基于Rankine源高阶面元法的船舶航行姿态与兴波阻力计算

针对航行船舶的兴波阻力和姿态预报,采用Rankine源高阶面元法求解船舶航行兴波问题。计算时采用叠模线性化自由面条件,对自由面影响系数奇异积分采用源点上置的方法处理,物面奇异积分和立体角则直接求解。就数学船型Wigley、S60和KCS集装箱船的航行兴波阻力与姿态分别进行了数值计算与分析,计算中根据姿态变化重新划分船体湿表面,进行迭代计算,不同航速下的姿态、兴波阻力和船侧波高与试验结果比较,吻合良好,自由面波形真实反映了物理现象,研究表明本文方法能准确地预报船舶航行姿态和兴波阻力,对不同船型和航行速度有着广泛的适用性。     

五体船兴波阻力预报和减阻设计遗传算法

以线性兴波阻力薄船理论Michell积分和科钦函数线性叠加原理为基础,采用正交切比雪夫多项式拟合片体横剖面面积曲线,得出单体船、三体船和五体船通用的线性兴波阻力数值计算公式。据此,对不同侧体位置布局的Wigley五体船算例的兴波阻力进行系统的计算,并分析侧体位置布局对五体船兴波阻力的影响规律。在此基础上,进一步应用遗传算法对五体船的侧体位置布局进行减阻设计,得到五体船在计算航速下的侧体位置布局减阻设计方案。研究表明,所提五体船兴波阻力线性理论算法以及侧体位置布局减阻设计遗传算法均有效可行。     

高速三体船兴波阻力与片体布局优化研究

本文据线性兴波阻力理论推导了辅船体与主船体水下体积不相等情况下的兴波阻力计算公式,据此以数学船型作为片体对高速三体船片体兴波干扰规律、兴波阻力曲线规律进行了研究,并采用简单枚举与等值线图谱相结合的方法对片体布局优化问题进行了探讨.     

用Rankine波幅函数预报高速三体／五体船主体与侧体的兴波阻力干扰

基于兴波阻力的薄船理论,作者曾提出用兰金体波幅函数(RWAF)代替实际船型的波幅函数,确定了高速双体船片体间的阻力干扰因子,从而可计算得到双体船的兴波阻力.本文将该方法用于高速三体船侧体与主体之间的兴波阻力干扰计算,以探讨主、侧体尺度及相对位置变化对于兴波阻力干扰因子τO、τOM的影响及其变化规律.基于这一研究结果,可实现用单体船阻力的实验资料,经过侧体、主体间的兴波干扰影响理论修正,来估算高速三体船的阻力;同时可用于对于最小阻力三体船片体尺度与布局之优化.     

基于兴波阻力的三体船片体位置快速优化方法

三体船片体位置优化的工作量很大,不仅要考虑片体间的横向距离,也要考虑片体间纵向距离.为快速优化三体船的片体位置,基于Noblesse细长体理论,按照一阶Kochin函数的表达式,在指数函数展开分离变量方法的基础上,本文推导了三体船兴波阻力的计算公式,并根据这些公式实现了三体船兴波阻力的快速计算.数值计算与模型试验相吻合.数值计算结果和模型试验结果均显示,三体船的片体位置对兴波阻力有很大影响.     

一种适用于大方形系数半滑行艇的浅槽消波艇型和阻力的试验研究

研究适用于大方形系数半滑行艇的浅槽消波艇型,在常规尖舭方艉艇型的基础上进行改进设计,在艇底部设计了一个从艏部至舯部的浅槽道,以改善阻力与兴波性能。开展了该新型浅槽消波艇型与常规艇型性能的对比试验研究,分析了艇体周围流场、艏、艉兴波、航行姿态及阻力的试验结果,表明新型浅槽消波艇型具有艏艉兴波小、艇体阻力低等特点。     

两层流体中潜体的不定常运动兴波

本文应用Ｌａｐｌａｃｅ变换方法和基元波叠加的概念对两层流体中孤立点源和细长潜体的不定常线性兴波问题进行了探讨,给出了自由面和内界面的波型及兴波阻力的算例结果。     

五体船侧体布局及兴波阻力优化

采用线性兴波阻力计算方法,结合CFD通用软件模拟,对比分析前后片体横向间距不等五体船、五片体简单叠加及前后片体横向等间距五体船阻力特性,研究侧体布局对兴波阻力影响的规律及其减阻优化效果。研究结果表明,五体船前后片体分别纵向靠近首尾布置,可以扩大有利兴波干扰速度范围,高速段侧体横向偏内可以获得较佳阻力值,并且片体纵向位置的改变相比横向位置的变化,对阻力值影响更大。     

高速三体船阻力性能研究

对中体和侧体均为Wigley船型的高速三体船模在Fr=0.1～0.8时3个横向偏距、5个纵向偏距共15个状态进行了阻力试验,将高速三体船线性兴波阻力理论计算结果与模型试验结果进行了比较,并据模型试验结果分析了横向偏距和纵向偏距对兴波阻力系数的影响,其中各状态的形状因子(1 K)按普鲁哈斯卡法确定,对形状因子与偏距的关系也进行了探讨.