高速滑行艇喷溅特性研究方法

为了研究高速滑行艇喷溅特性,基于商业CFD软件FINE/MARINE开展了三维滑行艇模型三自由度运动性能的实时数值预报,完成了航速V=2～7 m/s,重心距离艇尾38.1%L、35.1%L共计12种工况下滑行艇的水动力特性、运动性能与航速之间关系的计算,并与试验数据进行了对比,二者吻合良好。将艇体表面的流体特征信息(速度场、压力场和水气体积分数等)导入自编的后处理程序,对艇体节点空间坐标重新生成非结构网格,给定喷溅的判断条件,自动识别和处理艇体喷溅区形状及喷溅阻力构成,论文提出的喷溅处理方法为揭示高速滑行艇喷溅流动内部机理及防飞溅结构形式设计奠定了基础。     

X-bow和Z-bow应用于高速圆舭艇上的阻力性能研究

阐述了X-bow的设计理念,并在其基础上提出了一种新型船艏——Z-bow.以一艘高速圆舭艇为研究对象,为了降低其在高速航行时的兴波阻力和飞溅阻力,对其船艏形状进行重设计:分别应用X-bow和Z-bow.建立原方案、X-bow方案和Z-bow方案的三维模型,利用Maxsurf软件中的SIT法计算各Fr下的阻力值.对计算结果进行了比较和分析,证明了高速圆舭艇上采用X-bow和Z-bow在阻力性能方面的可行性,且Z-bow的阻力性能优于X-bow.     

防溅条对高速排水量艇航行性能的影响

高速排水量艇在快艇类型中占有相当重要的地位,对这种艇的航行性能的要求是:航速要高、适航性要好。安装防溅条是满足上述要求的措施之一。 本文主要根据模型试验研究的结果,介绍防溅条对高速排水量艇的阻力、横摇、纵摇、升沉、失速及回转性能等方面的影响。     

水面水下两用艇艇型设计及其水面阻力性能CFD预报分析

水面水下两用艇集水面高速航行与水下运载功能于一体,1个平台兼具2种运行功能,可以完整执行海上特殊任务。本文首先对国外水面水下两用艇发展现状及艇型特点进行简要叙述,而后采用重叠网格技术,基于RANS方程,对水面水下两用艇及双折角双防溅条滑行艇的水面高速自由模拖曳运动(计及升沉和纵倾)进行预报,对比分析了两用艇独特的艇体外形设计对其水面高速航行时阻力特性的影响,最后讨论阻流板对两用艇水面航行性能的影响规律,为两用艇的艇型设计以及水动力性能研究提供参考。     

改善高速排水型艇性能的措施

一、防溅条的应用高速排水型艇有圆舭型和折角型两种艇型。从阻力观点来看,在F_n<1.0的范围内,圆舭型艇的阻力性能较具有折角线的V型艇为佳[1]、[2]、[3]。因此,在高速排水型艇的设计中,对航速小于F_n=1.0的艇通常选用     

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。     

浅析排水式高速艇的阻力性能

排水式高速艇的阻力构成和变化规律与排水式船舶、滑行艇不同。文章基于模型试验和试验图谱分析了排水式高速艇的阻力特征,并研究了排水体积长度系数、棱形系数、方形系数等船型特征对该型船阻力性能的影响,从而为该类船舶的快速性设计提供一定的参考。     

基于CFD不同AUV艇体阻力性能研究

为了研究不同类型AUV艇体阻力性能特点以及十字舵和整流罩附体对总阻力的影响,在充分研究4种艇型型线的基础上,建立几何模型,选取标准k-ε,RNG k-ε,SST k-ω湍流模式,通过CFD对艇体进行阻力数值模拟。结果表明,十字舵引起的艇体阻力增加比例大约在10%~20%,且随着展弦比的增加而呈减小趋势,直径与艇体最大直径相当的整流罩引起的艇体阻力增加比例大约在40%~50%;流线型BLUEFIN阻力增加值随航速变化较大,而钝性BLUEFIN阻力增加值几乎不受航速的影响,AUTOSUB型AUV阻力性能最优,AUTOSUB和HUGIN适合中高速航行,REMUS和BLUEFIN适合低速航行。     

新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能

[目的]为了将高速与高耐波性能相结合,上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型,目前已发展出单体、双体和三体船型。[方法]介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点,并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。[结果]数值水池实验结果表明,高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态,船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。[结论]展示了多种创新的船舶设计方案,可为研究人员提供定量和定性的参考。     

倒V型槽道滑行艇船型的水动力性能研究

考虑到高速航行时常规双体滑行艇阻力较大且艇体兴波严重,以及三体滑行艇独特船型所带来的优异快速性和兴波小等优良水动力性能,文章借鉴三体滑行艇的工作原理并应用于双体滑行艇,创新性提出倒V型槽道滑行艇的概念,并进行艇型结构设计和CFD水动力分析。模拟计算结果表明该艇型具有高航速时阻力增加缓慢和纵倾角变化平缓等优点。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

提高摩托快艇航行横稳性的试验研究

为研究摩托快艇(ZF-1)高速横倾问题而进行的模型试验表明，附加防溅条(舭板)后动稳性有大幅度提高，其动稳性和阻力性能均优于底部横向斜升角β比它小的改型模ZF-2。因此，若初稳性高ho不能增加，采用附加防溅条(舭板)能有效解决高速横倾问题。试验还表明，重心前移或尾部加楔形板，虽然阻力能降低，但均使其动稳性恶化，故不可取。而重心高度Zg下移对动稳性影响极小，但对增加初稳性高ho有好处。另外，高速横倾问题还与初稳性高ho以及静浮水线以上艇的外形有关。故为增加ho，建议ZF-1后续艇采纳内置式附加舭板方案，并尽量压缩艇的受风面积。     

高速双体滑行艇加装水翼试验研究

双体滑行水翼艇是一种集双体滑行艇和水翼艇为一体的复合型高速艇,通过双体船增加艇自身横向稳性及其耐波性。在双体滑行艇两片体内侧增设滑行水翼面,在运动过程中,航速达到一定值后,水翼的水动效应为艇体提供一定的升力,使艇体上升,减小艇底湿面积及其阻力,使双体滑行艇阻力大大降低。双体滑行水翼艇兼备了双体滑行艇和水翼艇两者优点,双体滑行水翼艇综合解决了高速艇稳性和快速性问题,使艇的技术性能得到很大的提高。     

新型铝镁合金刚性充气高速艇的研发与应用

根据国内沿海小型高速执法/救助艇装备更新需要符合"绿色节能可持续发展理念"的情况,以12. 7m高速艇为研究对象,提出了新型铝镁合金刚性充气艇技术方案。该方案通过采用铝镁合金船体与刚性充气护舷组合的方法,在艇体材料、型线方案、船型主要参数、充气护舷技术、稳性计算等环节展开研究,从而实现小型高速艇船体节能环保抗撞耐用的优良性能。实船试航结果表明:总体设计合理,各项性能满足设计要求,对后续同类船型的研发与应用具有借鉴意义。     

带阻流板和水平翼的高速深V复合艇新构型研究

高性能复合艇通常比常规高性能艇具有更好的航行性能,本文以某高速深V型快艇为研究对象,采用阻流板和水平翼组合附体的方式对该深V复合艇进行CFD水动力性能数值模拟,对过渡状态及滑行状态下该复合快艇的阻力性能以及航行姿态进行评估,结合自由面兴波以及艇体表面压力分布情况,最终获得了一型深V复合艇构型设计方案,该复合艇运动姿态得到大幅改善,过渡状态下模型总阻力值较原型减少18.97%。     

基于罚函数的滑行艇阻力性能优化方法研究

滑行艇的阻力性能优化是设计滑行艇艇体的重要内容之一,如何减小艇体阻力是设计师优先考虑的目标。文章从传统的SIT阻力估算方法着手,分析滑行艇受到的力和力矩,并引入Savitsky对艇体阻力的修正,即考虑因喷溅而产生的摩擦阻力。由于滑行艇的重心纵向位置对阻力性能有很大影响,故通过构造罚函数法,把有约束问题化为无约束问题,利用MATLAB优化工具箱中的fm incon函数计算出最佳的重心纵向位置。最后,通过某滑行艇模型的水池拖曳试验验证了该优化方法的可行性,具有一定的工程参考价值。     

滑行艇气层减阻试验

通过对三种艇型及不同的喷气方式的模型试验，研究了断阶滑行艇模型气层减阻的实施途径及减阻效果，取得了总阻力减少25％以上 结果，提出了一种适合于采用气层减阻技术且阻力性能优良的艇型。垂向舭板可减少滑行艇的高速阻力，但阻力减少的程度与艇型有关。底部斜升角较小时，有利于气层减阻。气层减阻率大于舭板减阻率，对底部斜升角较大且艇底扭曲、艏部设置适当的纵向防溅条、舯部设置楔形板的深Ⅴ型艇，垂向舭板对其阻力的影响不大，这种深Ⅴ型艇的阻力性能较佳，若喷气，其总阻力还可进一步减少15％。孔喷时，孔径采0.5mm或1.3mm对模型阻力的影响甚微，采用0.4mm缝叶的模型阻力比用孔喷时略大，采用较大孔喷或缝喷有利于工程上的喷气实施。     

高速排水型艇的艇体线型试验研究

艇体线型对高速排水型艇的阻力和耐波性都有影响。据上海交通大学船舶流体力学研究室对不同艇型的试验研究结果表明:艇体线型的选择不但与航速(或Fr数)有关,而且还与排水量长度系数C_v密切有关。作者提出以K_(▽F)=C▽·Fr厂作为艇体线型的选择参数。当K_(▽F)>1.70时,采用折角线长度为10～20％L的短折角艇型,不但可降低阻力,而且能改善耐波性,特别是对于C▽较大的艇,如重载高速艇,其阻力收益相当明显。     

高速圆舭排水艇三个系列船型阻力性能的比较——兼探横剖面面积曲线的尾部形状、尾板宽度和尾楔块对阻力的影响

本文对三个不同系列的高速圆舭排水艇型进行了模型静水阻力和纵倾试验,直接得出了各艇型阻力性能的比较结果。这三个艇型分别是英国的NPL系列、瑞典的SSPA系列,以及我国的CSSRC组系。文中给出的CSSRC组系M8643模型是从文章[1]中M8320模型再次繁衍派生,同时结合一个产品的具体设计要求而作某些局部修改后获得。修改内容包括:横剖面面积曲线的变化——它对阻力反映有比较显著的影响;对尾板宽度再次作了试验研究,从而验证了[1]文所得的结论,即尾板相对宽度不应限于0.80以下;尾楔块的安装又使艇体阻力性能获得了进一步的改善。     

气泡高速艇波浪中阻力及纵向运动模型试验研究

在高速拖曳水池里,开展了气泡高速艇规则波中阻力及纵向运动模型试验,研究了气流量、艇型、艇底开槽等因素对气层减阻率及艇体纵向运动性能的影响。结果表明:艇底形式对波浪中的气层减阻率有重要影响。艇底设置断阶时,在短波中减阻率为5%,长波中的减阻率达20.5%;艇底开槽时,在试验波长范围内,减阻率可达30%左右;对本身具有良好喷溅抑制作用的艇型,艇底直接喷气减阻率为8%,且不受波长变化的影响。艇底气层对纵向运动性能影响较小,长波中还略有改善;艇底槽深主要影响不喷气时的阻力,对饱和喷气下的阻力影响甚微。