附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响

针对SUBX潜艇模型,采用数值计算手段,开展附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响分析。计算表明,附体导致潜艇粘压阻力的显著增加,以及伴流场不均匀性的产生。稳定翼对桨盘面半径内伴流场不均匀性的影响较大,而指挥室围壳主要影响桨盘面半径外伴流场不均匀性。从降低阻力和改善伴流场角度考虑,需开展附体外形、位置及与主艇体连接形式的深入研究。     

肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

某集装箱船伴流场的CFD计算策略分析

以某集装箱船为研究对象,从网格划分、湍流模型、VOF方程的时间离散格式及自由面是否计及等4方面对其进行了艉部轴向伴流场的数值计算策略分析,计算得到不同因素影响下的轴向伴流的周向分布图、等值线图以及桨盘面处的平均伴流分数,并将各计算结果与伴流试验结果进行比对。对于该船型,在计算艉部伴流场时,宜采用SSTk-ω模型,在考虑黏性自由面条件下选用显式VOF法,并适当增加船艉至桨盘面区域的网格数量。     

斜流中船后螺旋桨水动力性能及伴流场研究

为了探究斜流中船体尾部流场对于螺旋桨水动力性能与受力变化的影响,采用混合网格技术,通过RANS方法对DTMB4679螺旋桨的水动力性能及船尾桨盘面处伴流场进行了非定常数值计算,并与敞水工况下的计算结果进行对比分析.计算结果表明:在无斜流角时船尾伴流场基本对称,但由于船体对于流场有一定的阻滞作用,敞水工况的轴向速度大于船...     

潜艇阻力与流场的数值模拟与验证及艇型的数值优化研究

采用求解RANS方程的数值计算方法,结合k-ε、RNGk-ε与k-ω三种湍流模型,预报了数值方法验证研究用美国DARPA潜艇模型SUBOFF与CSSRC潜艇模型SM-x的阻力与尾流场,并将计算结果与试验结果进行了对比和分析,验证了数值方法的可靠性.然后,利用数值计算手段,对6条潜艇模型的尾流场进行了比较分析,选出了一条桨盘面不均匀度系数最优的艇型,并对指挥台围壳与尾翼进行了加设弧形填角(填角与附体一体化)的设计,数值预报了填角对于尾流场的影响,从涡量角度探讨了填角处的流动机理,结果表明填角能够改善桨盘面的入流品质.对于"木"字型尾翼的尾流场也进行了数值模拟分析.数值优化手段的可行性得到了验证.     

双臂轴支架的剖面形状和安装角度对船舶伴流场的影响

水面船舶的艉部附体不但影响船舶阻力,而且对螺旋桨盘面处的伴流场也会产生较大影响。以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,不考虑自由液面的影响,采用RANS方法对船体带附体的三维粘性流场进行数值模拟,重点分析双臂轴支架的剖面形状和安装角度的变化对船舶粘性阻力和标称伴流场的影响。经研究发现,依据轴支架前方流场速度矢量的方向来确定双臂轴支架的安装角度是工程上比较实用的做法。     

全附体潜艇三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型和网格形式对SUBOFF全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将计算所得的艉部伴流场同有关文献的试验结果进行比较,并以伴流分数对周向角的曲线形式展现出来,分析了湍流模型、艇体周向网格节点间距和y+值对全附体潜艇三维粘性流场数值计算结果的影响.     

潜艇指挥台围壳优化设计方案研究

文中主要计算研究了带有不同水平位置、高度及外形下的潜艇指挥台围壳的全附体SUBOFF潜艇模型,采用求解RANS方程的CFD软件的数值计算方法,对不同方案模型进行了数值计算,保证各工况间网格的相似性,横向比较各方案的计算结果。研究指挥台围壳部分与整体的阻力情况,指挥台围壳对其后方流场及螺旋桨盘面处的伴流场的影响情况,经综合比较得到最优的围壳设计方案。     

船后伴流场的相关分析

本文是建立在二维切片势流绕流计算确定船后桨盘面势伴流基础上的模——船体流场相关分析方法的进一步发展,提供了按三维势流绕流计算船后桨盘面势伴流的模—一船伴流场相关分析方法。该方法不再局限于单桨船,而适用于各种船型的伴流场相关分析,从而为螺旋桨设计,特别是理论设计提供了基本流场参数。     

船舶推进的一种能量分析方法

本文根据作者提出的关于船舶推进的能量分析方法和一条系列60船模带桨与不带桨条件下丰富的尾流场测试数据,计算出该船模推进系统的能量收支关系。计算结果表明:(1)T.T.Huang等提出的轴对称体-螺旋桨标称流场相互作用的非粘性性质假定对一般常规船型也成立。这一性质可以作为计算船体实效伴流的基础。(2)算例中螺旋桨充分吸收了船体的高能轴向伴流,并相应使得桨后轴向动能损失受到限制,两者均有利于推进效率的提高;而由于船体的切向伴流微小,桨后旋转动能损失很大,引起推进效率的损失。(3)桨盘面不同距离处多个截面所作的能量分析,不但定量显示出各种能量关系,也可说明船体后螺旋桨尾流的某些性质。     

电磁力控制潜艇近水面兴波绕流流场的数值研究

文章基于VOF方法,对Froude数(Fr)等于0.2时近水面不同潜深的潜艇绕流流场结构进行了仿真,主要研究了不同潜深的兴波特性及水下绕流艇身周围的流场结构特点。结果表明,接近水面时,艇身周围的流场结构受到兴波的影响而变得更加复杂,潜艇阻力和各方向力的扰动有明显增加。使用流向电磁力对潜艇头部和指挥台进行控制,加力后潜艇绕流流场结构发生改变,随着电磁力作用系数的增大,阻力显著下降,同时各方向力的扰动被抑制,整体稳定性有所提高。最后对头部和指挥台进行独立控制,对比结果表明头部控制在减阻减振方面的效果要好于指挥台控制。     

双桨船Lucy Ashton轴系附体阻力的尺度效应

本文对Lucy Ashton带附体美人架和轴包架的几何相似船模试验结果重加分析。分别将带附体的和相应裸体的船模阻力试验结果绘成以C_r为纵坐标对C_F为横坐标的Froude数等值线。假定: C_r=(1 k)C_F C_W可发现全部Froude数等值线都是直线。可见三因次外插法可推广应用于带轴系附体的船模。 带轴系附体船模与相应裸体船模的1 k之差,乘以足足C_F后,可认为是轴系附体的粘性阻力系数。带轴系附体船模与相应裸体船模的C_w之差可认为是轴系附体的兴波阻力系数。以上粘性阻力系数和兴波阻力系数之和可认为是足尺轴系附体的总阻力系数。 由此三因次外插法计得的足尺轴系附体总阻力系数与由实船试验测得者间的最大误差可发现小于10％。假定船的附体阻力为裸船体阻力的10％,则最大误差小于裸船体阻力的1％。可见应用三因次外插法预估轴系附体阻力可给出十分满意的结果。     

中高速船加装减纵向运动组合附体实船试验

对一加装了减纵向运动组合附体的高速艇和原型艇进行了海上对比试验，并对试验结果进行了分析。试验时两艇并行前进，以便从现象上直接观察加装减纵向运动组合附体的效果。试验结果证实，组合附体减纵向运动效果显著，艏部加速度降幅可达到68%，纵摇角降幅可达到40％，加装组合附体的艇在较高海情中顶浪时可高速航行，且速度越高运动越平稳，在波浪中基本没有失速。     

FLUENT计算任意二维剖面受迫振荡水动力

利用FLUENT求解二维任意剖面在深水中垂向强迫振荡问题。将矩型剖面的垂向非定常水动力计算结果与实验值两者进行比较,结果吻合。在此基础上计算加装组合附体的船型剖面的辐射力,验证了组合附体减纵向运动（文中为“垂荡”）的效果,对深化组合附体优化设计具有重要的参考价值。     

4000t级单体深V复合船型阻力及耐波性能

单体复合船型是基于减纵向运动组合附体技术研发的高耐波性船型。基于性能优良的圆舭船型进行深V船型线型设计,再应用减纵摇组合附体技术,生成深V单体复合船型,使其耐波性得到大幅提高的同时对静水阻力影响较小。本文基于某四千吨级圆舭船型,经过深V改造生成深V主船体,并设计匹配的首部组合附体和尾板,生成四千吨级单体深V复合船型。通过合理的主船体和附体构型设计和水动力布局,有效降低深V船型兴波阻力。经模型试验验证表明该单体深V复合船型对静水阻力影响不大,耐波性得到大幅提升。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

千吨级高耐波性单体复合船型模型试验研究

文章对哈尔滨工程大学研发的千吨级单体复合船型进行快速性和耐波性试验研究,通过对千吨级圆舭母型船、加装组合附体及改进深V型加装组合附体等复合船型进行模型试验,分析比较不同方案的阻力性能和耐波性能。试验结果表明所研发的深V单体复合船型,能在兼顾阻力性能的前提下,使纵向运动得到显著改善,大幅提升了千吨级单体船的耐波性能。     

4千吨级单体深V复合船型模型试验研究

对新研发的4千吨级深V单体复合船型模型在拖曳水池进行了静水阻力及耐波性试验.并将单体复合船型的试验结果与常规单体深V船型试验结果进行比较,分析减纵摇组合附体对复合船型静水阻力、航行浮态和耐波性的影响.试验结果表明由减纵摇组合附体构成的4千吨级单体深V复合船型的静水阻力与单体深V船型相比变化不大,而其纵向运动得到了有效的抑制,大幅改善了单体深V船型的耐波性能.研究结果表明,由新型减纵摇组合附体组成的单体复合船型向大吨级舰船推广应用是可行的.     

中高速船加装减纵摇组合附体模型试验

对某常规单体排水式圆舭导弹护卫艇进行加装减纵向运动组合附体的模型快速性试验和耐波性试验。首先进行了小尺度模型的静水阻力试验和规则波试验，优选出阻力和减摇效果均较优的方案。进行了较大尺度模型的静水阻力试验、规则波试验和不规则波试验。试验结果表明减纵向运动组合附体可显著抑制舰船的纵向运动，包括垂荡、纵摇、艏、中、艉部加速度，以及砰击、上浪、波浪增阻等，经优化设计的组合附体尺度和布局对艇静水阻力基本没有影响。     

单体复合船型纵向运动幅频响应函数计算的两种粘性修正方法

对单体复合船型纵向运动幅频响应函数计算的两种修正方法进行了比较。分别采用横向流理论方法和RANS方程数值计算方法,计算了单体复合船型的水动力修正系数,应用STF法对舰船的纵向运动进行了预报,并将预报结果和模型试验值进行了比较分析。结果表明,两种方法都能在一定程度上反映组合附体的减摇效果,可用于单体复合船型的运动预报。其中,基于RANS方程数值计算方法预报精度较高,具有良好的工程应用价值。