水陆两栖飞机船体线型优化设计与试验验证

针对基于CFD方法的水陆两栖飞机船体线型优化可行性的问题,根据MVP水陆两栖飞机的线型资料设计得到一个带鳍式浮筒的水陆两栖飞机初始线型,并使用STAR-CCM+软件对飞机的单船身模型进行静水面滑行仿真,计算得到模型在各个速度下的水阻力、纵倾角及升沉,对该型飞机的水阻力性能和稳定性进行分析改进及优化计算,并将优化计算结果与模型试验进行比对。分析结果显示,最终优化后的模型水阻力系数较原型减小0.4,滑行稳定性得到较大提升,数值计算结果与试验值高度吻合,且计算云图中呈现的流动现象与实际试验也具有良好的一致性。仿真计算结果与试验值的对比表明,采用所提出的方法进行水陆两栖飞机船体线型优化设计可行。     

水陆两栖飞机着水冲击仿真分析

为了验证MSC.Dytran仿真软件中的一般耦合算法在处理水陆两栖飞机着水冲击问题的可行性,将仿真结果与模型着水冲击载荷试验结果进行对比,结果表明,仿真得到的飞机着水后的运动过程与试验现象一致,仿真结果与试验结果基本吻合,说明用一般耦合算法进行水陆两栖飞机着水冲击仿真是可行的。     

基于滑移网格方法的水陆两栖飞机单船身耐波性数值模拟

针对水陆两栖飞机单船身在规则波浪水面滑行过程中的运动响应大和强非线性等问题,提出一种基于滑移网格方法结合传统动网格方法的耐波性数值模拟方法,有效解决传统动网格方法在水陆两栖飞机水面大幅运动数值模拟过程中的网格严重拉伸和变形问题。通过数值模拟和水池试验,得到水陆两栖飞机单船身在规则波中滑行时的阻力平均值、运动响应双幅值和流场特征,对比数值模拟结果和水池试验结果,两者随波长的变化趋势基本相同,流场特征基本一致,且阻力平均值和运动响应双幅值误差均在10%以内,说明数值模拟精度较高,方法可行。     

着水姿态对大型水陆两栖飞机着水性能的影响

针对着水姿态对水陆两栖飞机船体着水性能的影响,通过单船身(机身)模型着水试验与仿真,分析着水载荷和运动响应,单船身模型可排除气动力及复杂的水面效应等因素引起的试验与仿真的差异。结果表明仿真与试验结果一致性较好,压力分布满足设计要求;初始姿态角对压力分布及加速度的时历变化影响不大,但艉部着水前期姿态角会出现减小的现象;加速度和姿态角峰值随着初始姿态角的增大会出现明显的波谷型变化。综合看来,该型水陆两栖飞机着水性能在6°-8°姿态角范围内较优,7°最佳。     

水陆两栖飞机波浪水面滑行水动特性研究

采用边界造波法对规则波进行了数值模拟并加以验证，结果表明数值模拟得到的波浪在波长、波高以及周期等主要波浪参数方面具有良好的精度。采用有限体积法与VOF方法，并结合重叠动网格技术，分别模拟了不同滑行速度以及不同浪向角情况下，水陆两栖飞机在波浪水面上的滑行过程，计算结果表明：飞机滑行速度越大，水动载荷的变化幅度越大，飞机垂向过载的最大值越大，飞机垂向位移和纵倾角的变化幅度越大，变化周期越长；飞机最好在尾斜浪或顺浪的状态下滑行，能够在一定程度上减小飞机垂向过载、垂向位移和纵倾角的波动。     

基于动网格模型的两栖车辆数值模拟

采用弹簧近似法和网格局部重构法相结合的非结构动网格技术,利用水动力模型耦合6自由度刚体运动和自由水面进行数值模拟,计算两栖车辆的水动力特性。研究结果表明,动网格模型对求解三维流固耦合问题有效,运用数值方法分析两栖车辆水动力特性、预测航速航姿是有效的两栖车辆水上性能的设计方法。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STAR CCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

基于CFD的两栖车辆阻力和浮态数值模拟

运用fluent软件,基于计算流体力学(CFD)理论知识,对两栖车辆水上行驶阻力和行驶浮态进行了数值模拟。重点介绍了混合网格的划分方法,对模拟结果和实验结果进行了对比分析。模拟结果和实验结果基本吻合,从而论证了用数值模拟方法对两栖车辆的水上性能模拟研究的可行性。     

基于重叠网格的重水潜器粘流数值模拟

文章结合一种密度大于水的新型潜器—重水潜器（Heavier-than-water AUV,简称 HTW）,采用 RANS 方法和重叠网格计算了该潜器的水动力性能和绕流流场。文中计算了不同攻角和漂角情况下重水潜器的阻力、升力及俯仰力矩,对其周围流场水动力学性能进行了分析,并通过流场的流动结构研究了受力随姿态变化的规律。文中将采用重叠网格方法的计算结果与 FLUENT 计算值以及风洞试验结果进行了比较,表明重叠网格方法可较好地模拟重水潜器的自由态绕流问题。该研究为该潜器的总体设计与运动控制提供了有价值的参考。     

我国首款有自主知识产权的轻型水陆飞机“海鸥300”首飞成功

中航工业集团研制的国内首款具有自主知识产权的轻型多用途水陆两栖飞机——“海鸥300”,2010年11月10日在石家庄首飞成功。     

船体阻力计算中网格划分方法研究

由于网格划分中多种因素的影响,导致船体阻力等水动力性能的计算难以获得较精确的结果。文章针对粘性流体力学算法(FLUENT软件),探讨了影响船舶水动力学计算的若干网格因素,对网格生成中部分因素的影响进行了考察。通过一系列的计算、分析,提出改进计算的方案,确定了适用于工程实际计算的参数,据此对船体阻力进行了计算,与试验结果比较表明有较好的符合程度。     

船体阻力计算中网格划分方法的探讨

由于网格划分中多种因素的影响,导致船体阻力等水动力性能的计算难以获得较精确的结果。文章针对粘性流体力学算法(FLUENT软件),探讨了影响船舶水动力学计算的若干网格因素,对网格生成中部分因素的影响进行了考察。通过一系列的计算、分析,提出改进计算的方案,确定了适用于工程实际计算的参数,据此对船体阻力进行了计算,与试验结果比较表明有较好的符合程度。     

三体两栖潮间带风电运维船的概念设计

针对三体船性能特点和我国海上潮间带风电场涨潮有水、退潮无水的特殊情况，以及目前尚无出入潮间带风电场专用设备的现状，为了保证海上潮间带风电场风电机组正常运行和维护工作的实施，进行三体两栖运维船方案构思和两栖船的水陆驱动方式的确定。运用CFD软件建立三维数值水池，考虑不同侧体布局的船型方案，通过对快速性能和耐波性能的仿真计算，最终确定性能较优的船型。对三体风电维护船的船型设计和风电运营效率的提高有较大的现实意义。     

基于大涡模拟的螺旋桨水动力特性分析

本文采用全结构化网格对螺旋桨进行网格划分,基于Fluent进行计算,首先用RNG k-ε湍流模型计算初始流场,待流场稳定后,再使用LES湍流模型计算。对DTMB4381螺旋桨非定常水动力性能进行数值预报,分析螺旋桨周围流场的特性,并将计算结果与模型试验结果对比,验证方法的准确性。     

螺旋桨水动力性能CFD预报中预处理的程式化实现

以DTMB4383大侧斜桨为例,立足于桨叶真实叶尖几何,详细阐述了螺旋桨水动力性能CFD计算过程中的桨叶几何和单通道域几何建模及其六面体结构化网格划分的程式化实现过程。程式化生成网格的适用性由DTMB4119桨、NSRDC4381和4383桨的无空化和空化水动力性能预报给予了验证。生成网格时考虑了网格类型、拓扑结构、网格密度和节点空间分布规律对计算精度的影响,可生成性能优越的命令流样本,保证CFD预报的精度。通过对命令行的编译操作,可以实现螺旋桨六面体网格高质量划分的快速操作,缩短CFD计算的预处理时间,扩大其工程应用。     

网格划分及其不确定度研究

对水面船舶阻力性能数值计算中网格不确定度开展了数值计算与试验研究。以三体船中体为计算模型,基于CFD软件FLUENT,分析了船体表面网格尺度大小、第一层网格节点到船体表面的距离、网格节点分布比例系数三个因素对船体阻力计算的影响。通过改变各个网格因素,对不同网格进行了数值计算,最后将计算结果与试验结果进行了对比,分析了不同的网格划分方式对计算结果的影响,从而得到了一套比较可行的船模数值计算网格划分方法,为船模数值计算网格划分提供一定的参考。     

网格因素对三体滑行艇阻力计算影响探究

为获得三体滑行艇的阻力及其他水动力性能比较精确的计算结果,采用粘性流体力学软件STAR-CCM+,依据网格离散的特点,分别讨论了船体表面网格尺寸、近船面网格节点分布、船体周围加密区网格尺寸以及变形网格技术四个因素对三体滑行艇阻力计算精度、收敛速度和稳定性的影响。通过一系列计算、分析,提出适合三体滑行艇阻力计算的网格划分方案,经验证与试验值有较好的符合度。     

基于重叠网格的水陆两栖飞机静水滑行模拟

为探讨STAR-CCM+仿真软件处理水面飞行器在静水面滑行问题的可行性,采用重叠网格和欧拉VOF方法追踪气液二相交界面的动力学特性,获得相应的水动力性能,并将仿真计算结果与模型静水面滑行试验结果进行对比。结果表明,仿真结果与试验值吻合度较高,计算所捕捉到流场信息与实际试验现象呈现出了良好的一致性。从定性和定量的角度验证计算结果的可靠性,说明使用STAR-CCM+软件基于重叠网格方法进行水面飞行器静水面滑行仿真是可行的。     

三体两栖潮间带风电运维船的概念设计

针对三体船性能特点、我国海上潮间带风电场涨潮有水和退潮无水的特殊情况以及目前尚无出入潮间带风电场专用设备的现状,为保证海上潮间带风电场风电机组正常运行和维护工作的实施,进行三体两栖运维船方案构思和两栖船的水陆驱动方式确定。运用CFD软件建立三维数值水池,考虑不同侧体布局的船型方案,通过对快速性能和耐波性能进行仿真计算,最终确定性能较优的船型。研究结果对三体风电维护船的船型设计和风电运营效率提高有较大的现实意义。