舵型参数对襟翼舵升力特性影响的数值计算研究

论文通过对中国船舶科学研究中心开发的船用襟翼舵(CSSRC舵)计及尾翼缝隙位置的敞水升力特性进行数值模拟研究,分析了舵型参数对襟翼舵升力特性的影响规律;在此基础上,以在CSSRC舵上增加整流尾的方式,设计出了鱼尾型襟翼舵,并通过数值计算比较该鱼尾型襟翼舵与CSSRC舵以及NACA66剖面襟翼舵的升力特性,显示其具有更高的升力性能;最后根据系列计算结果,运用逐步回归方法对三种剖面翼型襟翼舵给出了具有工程实用价值的升力系数计算公式。     

基于CFD的无人帆船襟翼帆空气动力研究

为推进无人帆船在海洋环境保护和资源勘测等方面的应用，为一款海上自动航行帆船设计了风帆结构，并进行气动性能分析。建立无襟翼帆、分离式襟翼帆和嵌入式襟翼帆3种翼帆模型，通过Fluent软件进行计算流体力学（CFD）计算分析，比较3种风帆的气动性能，分析变角度襟翼帆对风帆气动性能和对帆船推力提升理论的影响规律。结果表明，嵌入式襟翼帆对无人帆船风帆整体的气动性能具有提升的作用；随着襟翼帆偏转角的增大，风帆的升力系数和升阻比随之增大、帆船的推力系数明显增强，对帆船性能的提升具有较优的影响，促进无人帆船在推力提升方面的研究。     

马格努斯圆柱及变角度襟翼对无人帆船气动性能的影响北大核心CSCD

[目的]旨在研究马格努斯翼型和变角度襟翼对无人帆船气动性能的影响及其优化,以提高无人帆船的航行效率。[方法]采用CFD方法,以NACA 0021翼型作为无人帆船主翼帆的基准翼型,在主翼帆顶缘耦合马格努斯圆柱,分析马格努斯圆柱关键参数(直径、位置和间隔)对翼型升阻特性的影响规律;在主翼帆顶缘耦合马格努斯圆柱的基础上,将襟翼帆嵌入主翼帆尾缘,研究不同襟翼帆偏转角下翼型周围流场和升阻特性及其对无人帆船推力性能的影响规律。[结果]结果表明:在大攻角下,马格努斯圆柱对翼型气动性能具有提升作用,在所研究参数范围内翼型升阻比与马格努斯圆柱位置正相关,与马格努斯圆柱直径和间隔负相关,其中圆柱的直径和间隔对翼型气动性能影响较大,位置的影响最小;在小攻角下,变角度襟翼帆对翼型气动性能的提升更明显,在0°~15°攻角内,翼型的升阻比与襟翼帆偏转角正相关;在马格努斯圆柱及襟翼帆共同作用下,风帆推力系数最大提升27%,且与襟翼帆的偏转角正相关。[结论]研究结果可为马格努斯圆柱及嵌入式襟翼帆在无人帆船领域的应用提供参考。     

基于斜舵的船舶运动姿态控制研究

采用45°倾斜安装的高效襟翼舵实现航向、横摇、纵摇的同时控制,阐述了斜舵减摇原理,并提出了采用高效襟翼舵以获得较高的升力系数,从而在不加大舵面积的情况下实现船舶纵摇运动控制.仿真结果表明,利用高效襟翼斜舵实现船舶运动姿态控制是可行的.     

基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。     

基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。     

船舶回转运动仿真

针对船舶驾驶模拟器模拟的逼真度要求,研究船舶对操舵后的动态响应。建立了风、流共同作用下船舶操纵系统的动力学数学模型,该数学模型为动态响应线性型;利用已知的某船型的主机参数和船形尺寸参数,求出所需的相关量,建立船舶运动仿真模型并进行相关试验的仿真。模拟了船舶回转性的试验和风、流共同作用下对船舶操纵性能的影响试验,使船舶操作者进一步了解船舶回转性的特性以及风、流对于船舶航迹的影响。将该模型与船舶驾驶模拟器结合,用于驾驶模拟器模拟船舶操舵后的视觉仿真,使使用者感觉其操纵特性更加逼真。     

翼型风帆的气动力学分析研究

在NACA0006翼型和圆弧型风帆的基础上,针对船用助航风帆的特点设计出一种新型翼型风帆,并采用标准κ-ε模型,利用FLUENT软件对翼型在8个不同风向角下的空气动力特性进行了数值模拟计算,获得翼型风帆在8种不同风向角下的升力系数和阻力系数,并对计算风帆模型进行风洞试验,风洞试验得到的升力系数和阻力系数结果与模拟计算结果有较好的吻合,通过试验结果对比证明其升力系数比常规的矩形圆弧风帆有很大提高.     

襟翼舵水动力性能仿真研究

在传统的襟翼舵设计中,其水动力计算大多依据风洞试验图谱,并且通过经验公式进行换算,所以存在较大的误差。本文采用Fluent流体计算动力学软件进行襟翼舵实体模型的绕流分析,通过对不同攻角下襟翼舵的水动力性能仿真计算,使得舵型参数选取更为合理,为襟翼舵的设计提供了新的途径和依据。     

艉轴承设计间隙对轴承油膜刚度系数的影响

船舶轴系运行状态与轴承油膜动力学特性变化密切相关,其中艉轴承设计间隙直接影响船舶轴承油膜力特性参数的大小。以轴系轴承油膜刚度系数为研究目标,根据有限长轴承数学模型,以艉轴承设计间隙为变量,运用理论分析和数值仿真方法分析船舶艉轴承设计间隙对轴系轴承的影响,并得出轴承刚度系数的变化规律和特点。     

敞水舵水动力数值计算及分析

利用计算流体动力学软件CFX,选用有限体积法和RNG k-ε湍流模型对NACA0020型剖面敞水舵和NACA67.1-015型襟翼敞水舵的流场进行了数值模拟,得到其升力系数和阻力系数,并与试验数据进行验证比较,规律吻合性较好,误差在可以接受的范围内。并得出在一定角度下两种舵型的叶面和叶背压力分布情况。本研究对于敞水舵的水动力性能设计提供了新的方法,压力分布在指导舵型的强度设计上也具有重要参考价值。     

改进型帆翼参数对载荷特性影响分析

风帆助航是新能源应用于船舶航运的重要途径。论文以改进帆翼为研究对象,采用标准k-?湍流模型描述改进帆翼流体动力学特性,对拱度比为0.02~0.2的改进帆翼附近的流场压力分布、产生的升力和阻力进行数值分析。求解不同相对风向角时各改进帆翼对船舶产生的最大助推力系数和横向力系数。综合考虑各种拱度比下改进帆翼的升力、最大升阻比随风力几何攻角的变化规律、最大助推力系数随相对风向角的变化规律,拱度比为0.1的改进帆翼为最优翼型。通过进一步的数值模拟得知,拱度比为0.1的改进帆翼最佳几何攻角为27°,最适宜的相对风向角为110°,此时改进帆翼对船舶产生的助推力系数达到最大,为1.721。     

零航速下变鳍型减摇鳍升力模型研究

升力数值的大小直接影响零航速下船舶减摇效果。为产生足够升力实现船舶在零航速下的有效减摇,提出了基于变形鳍的零航速减摇鳍设计方法。基于势流理论和旋涡作用力理论对变鳍型减摇鳍在零航速下升力进行分析,给出了升力解析表达式。通过计算流体力学软件Fluent对变鳍型减摇鳍进行升力数值计算。最后将Fluent计算结果与解析表达式结果对比,升力值基本吻合,验证了该种升力分析方法的正确性,为零航速下减摇鳍的设计提供了理论支持。     

船舶推进轴系多体动力学和扭振特性

在深入分析推进轴系扭振特性及其动力学理论的基础上,将在Solidworks中建立的船舶推进轴系三维实体模型导入ADAMS中形成轴系的多体动力学模型,并对该模型进行自由模态分析、动力学特性分析和轴系在不同工况下的扭振特性分析。结果表明,推进轴系在施加负载后轴系的扭转角呈周期性变化趋势,振幅较大且峰值可达0.65°。在旋转副失效的条件下,扭转角在0.9°附近波动。当轴系终端螺旋桨受到冲击时,轴系的扭转角也将产生较大幅值的波动,最大扭转角达到了4.5°左右。     

高性能机翼帆的气动特性

高性能机翼帆是一种多翼段(前后四段)可动翼型(NACAOO15)和小展弦比(λ=2)的矩形翼,其最大推力系数C_(xmax)=3.73,而三张帆的最佳布局,可使单位横风截面上的风帆推力提高50％左右。这样,三张多段机翼组合帆的最大推力系数可达5.6,它比现代层流型弯板型刚性帆的C_(xmax)高二倍以上。本文通过对高性能机翼帆气动特性的研究,设计出了一种组合式空气助推器,其经济效益令人瞩目。     

一种水下拖曳体的运动特性模拟研究

为了进一步提升深海阵列式拖曳系统的深度调节性能,满足阵列式拖曳系统不同深度作业的需求,设计了一种通过内部调节机构来改变运动姿态与深度变化的水下拖曳体,并对这一水下拖曳体的水动力学进行数值计算。在研究其水动力学相关参数基础上,分析水下拖曳体重心位置变化与运动姿态的关系,验证内部调节机构的可行性。仿真结果表明,拖曳体的设计满足使用要求,不同俯仰角下水下拖曳体深度变化的时间有所不同。在俯仰角40°左右范围内,拖曳体的升力系数最大,并呈现较好的深度调节运动姿态。     

转筒帆空气动力性能的数值研究

为分析转筒帆的空气动力性能及影响因素,在介绍旋转圆柱的空气动力学原理及受力情况的基础上,运用FLUENT软件对转筒帆进行数值仿真研究,仿真分析结果表明,影响转筒帆空气动力性能的主要因素为速度比,并得到不同速度比时转筒帆的空气动力特性.     

风帆辅助推进船舶操纵可控区研究

加装风帆后的船舶在低速时的航行特性有别于无帆情形。为确保低速航行安全,基于MMG非线性运动方程,计算了有、无风帆情况下的船舶操纵可控区。运动方程中的船体水动力系数、舵模块参数等由经验公式得到,帆/船整体气动力系数由基于滑移网格方法的CFD手段获得。计算结果表明:不同帆攻角下的船舶自由操控区不同,通过合理的帆/舵联合操纵,可以扩大风帆辅助推进船舶低速航行的可自由操控区,增强其在风中的抗风能力。     

基于分数阶PI~λD~μ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PI~λD~μ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。     

基于分数阶PIλDμ的船舶航向控制

船舶在海上航行时受到海风、海浪和海流等环境扰动作用,这造成在不同航速下船舶动力学模型的参数不确定性,本文对船舶本体运动和风浪流干扰进行建模,提出一种基于分数阶PIλDμ的抑制风浪干扰的的航向控制算法,并与传统 PID算法进行对比,针对某型船舶动力学模型在6级海风和5级海浪海况下进行对比数字仿真。仿真结果表明,该算法在不同航速下具有较好的控制品质和鲁棒性,对风浪干扰具有良好的适应性,可应用于船舶的航向控制,易于工程实现。