侧壁式气垫船的横稳性计算

由于气垫船经常处于高速垫态航行状态,此时其受力状况与静态时有明显的区别,因此研究艇在垫态航行时的横稳性从而建立其计算方法是有实际意义的,至少可以看出航速及各种参数对横稳性的影响。     

无人艇动稳性试验与数值验证

海上高速无人艇具有十分重要的军事价值,能够完成监视、情报收集、侦察、扫雷、武装保护反潜和精确打击的任务。然而无人艇在执行任务时可能会应对恶劣的海况、多变的运动状态,对自主控制的无人艇而言,其安全性能存在巨大挑战。提高稳性性能,避免海上无人艇高航速状态下的倾覆,是其他功能得以实施的重要保证。本文设计并进行了无人艇高速横倾直航实验,通过对无人艇模型航行姿态、稳性的测量,调整、确定无人艇部分参数。对于无人艇的横倾直航实验进行数值验证,为总体布局优化的进一步探索提供依据。     

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。     

深V型滑行艇纵向运动试验研究

深V型滑行艇模型纵向运动试验研究表明：规则波中,升沉响应的平均值与静水航行时的重心升高极为接近,纵摇响应的平均值与静水航行时的纵倾较为接近,证实了相同航速下滑行艇在波浪中航行的纵向运动是相对于静水浮态的升沉纵摇运动;随着航速的增加,升沉响应峰值、纵摇响应峰值、垂向运动加速度峰值都向长波方向移动;速度较高、波幅较大时,升沉、纵摇、垂向运动加速度是非线性的。     

基于不同航行状态无人艇的水动力模型研究

无人艇操纵灵活,机动性强,在很多方面都有着广泛的应用。但相关研究还比较少。以往的单一水动力模型只是针对特定航行状态进行研究,对于不同的航速,单一的水动力模型已不再适用。因此随着航速不同,建立同一艘无人艇在不同航行状态下的水动力模型,并研究在此模型下无人艇的运动特性成为一个难点,也是研究真实无人艇的一个关键环节。论文在以往学者的研究成果基础上,给出了一种全新的水动力模型,并就某一真实无人艇,研究从静止到高速起滑整个过程的水动力与航速之间的开环变化关系。仿真结果表明了所给模型的有效性。     

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。     

高速滑行艇静水中纵向运动尾流特性的数值分析

基于计算流体力学软件FINE/MARINE,利用其六自由度运动响应模块,开展了三维滑行艇模型在静水中航行纵向三自由度运动响应的实时数值预报.完成了航速v=2~15 m/s共计14种工况下滑行艇水动力特性、运动响应特性与航速之间的关系,与试验数据对比,二者吻合良好,并给出了对应的变化规律.定量分析了滑行艇尾压力兴波的凯尔文角、船尾空穴的长度和深度、流体与艇尾分离点与航速的关系.为滑行艇运动响应的实时数值预报和尾流场的分析提供了一种有效的方法.     

高速M型艇砰击载荷的模型试验研究

本文根据相似理论,设计制作出一缩尺比λ=1:5的高速M型艇试验模型,并开展拖曳水池砰击测试试验,研究该M艇在规则波与不规则波2种情况不同工况下重心处垂向加速度与船底砰击压力的变化规律。本文讨论了波长对重心处垂向加速度的影响,并分析了不同航速下船底面砰击压力的大小与分布规律,为后续结构设计作支持。     

一种翼滑艇和滑行艇新型尾鳍研究

介绍新型尾鳍的结构特征并建立减纵摇和减横摇的水动力模型,建立滑行艇和翼滑艇在正横规则波和迎浪条件下的运动微分方程,并利用ЦАГИ法对艇体阻力进行计算。基于Matlab/Simulink建立滑行艇和翼滑艇运动及尾鳍减摇综合仿真模型,并进行仿真计算。算例结果表明,该新型尾鳍控制简单,能够极大地提高滑行艇和翼滑艇航行的动稳性。     

大尺度高速水下无人艇控制系统设计与试验验证

[目的]为了在三维空间宽航速段内实现大尺度高速水下无人艇(UUV)的路径跟踪,在考虑无人艇的试验动作要求、控制精度要求及水动力特性的情况下,设计了基于模糊控制理论的自适应制导方法。[方法]基于解耦控制方法,首先将水下无人艇的航行控制分解为航速、航向、纵倾和深度控制问题;然后分别设计积分分离比例—积分—微分控制器(PID控制器),并引入指令及状态滤波器,以改善该水下无人艇动态响应特性;最后,通过湖试验证水下无人艇在不同航速下的控制性能。[结果]结果表明,在6,9,13 kn等试验航速下,水下无人艇跟随目标路径和深度的误差均在合理范围内,验证了该控制体系及控制方法的有效性。[结论]所得结果对新一代试验艇的运动控制技术研究具有一定参考价值。     

基于神经网络的围网渔船横摇运动研究

为了快速预报一艘65 m的围网渔船在任意载况规则波中横摇运动频率响应函数及不规则波中各海况下的横摇角有义值,应用神经网络的原理和算法,以该船7种实际航运载况的耐波性计算数据为训练样本,建立满足精度要求的围网渔船横摇运动神经网络预估模型。并分析吃水、重心高度、航速和浪向对横摇运动的影响。该模型可应用于风浪中船舶航行安全性评估。     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力研究

为研究滑行艇的航行阻力问题,首先建立滑行艇的几何模型,然后基于STAR-CCM+软件对其运动进行数值模拟。获得滑行艇航行时阻力随航速的变化规律,并将数值计算结果与试验值进行比较,得到的计算结果与试验值数据基本吻合。证明了在STAR-CCM+中能够有效模拟滑行艇运动的阻力性能,该方法对于文中的实例具有较高的准确性,可为滑行艇阻力的预报提供参考。     

拖曳力对滑行艇航行性能影响的试验研究

为了研究滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台的可行性,通过模型试验方法对滑行艇在静水和波浪中的阻力性能及航行姿态变化情况开展研究,分别在非拖曳与拖曳2种工况下进行试验。在静水条件下,研究了滑行艇在不同航速时的阻力及航态变化,讨论了拖曳力对航行性能的影响。在规则波条件下,对滑行艇在排水状态和滑行状态,以及不同波长、不同波高的情况下进行模型试验,讨论了拖曳力对阻力平均值、纵摇、垂荡以及首部加速度的影响程度。通过试验结果对比分析,总结了拖曳力对滑行艇阻力及航态的影响规律,并提出了滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台时的建议。     

随机斜浪中船舶参数——强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法。将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励，波浪力为随机强迫激励项，建立船舶在随机斜浪航行情况的参—强激励横摇运动微分方程。参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响。分别取不同波高、航速、航向，计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应。计算结果表明，此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参—强激励横摇运动，据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响。     

深V型双断级滑行艇水动力特性的初步数值研究

本文利用模型试验和数值手段对比研究了深V型双断级滑行艇和无断级滑行艇的静水阻力特性,试验结果表明,双断级滑行艇在起滑之后的高速航行阻力及纵向运动稳定性上较无断级模型存在明显优势,在容积弗劳德数为5.21的航速下总阻力降低了19.2%。利用CFD软件CFX能够较好地捕捉到两模型之间的差异,计算结果表明,各断级之后的空穴均随着航速的提升而不断扩张,断级模型总体浸湿面积较无断级模型最大降低了33.4%,并且双断级使得艇底水动高压分布趋于均匀,有利于改善纵向运动稳定性。     

多航态高速无人艇阻力试验研究

为了研究多航态高速无人艇在不同吃水航态下的阻力性能以及运动特性,在半潜到水面航态范围内变换6个吃水状态进行模型阻力试验,试验速度涵盖排水航行到滑行状态范围,对每个吃水工况下的航行姿态、阻力性能进行分析研究。结果表明,该多航态高速无人艇在一定吃水范围内都有着较好的阻力性能以及良好的运动姿态,在中低速(Fr?2.0)条件下,该模型在不同吃水下的运动姿态、阻力性能随航速的变化趋势一致,但在高速滑行(Fr? 3.0)条件下变化趋势有差异;剩余阻力占总阻力的比例Rr/Rt随着吃水的增加而不断增大,在相同吃水条件下Rr/Rt随着F r?的增加呈现出先增大后减小的规律。     

高压逃生艇运动与乘员晕船率分析

高压逃生艇是饱和潜水系统中为潜水员配备的专用高气压紧急撤离设备，相比常压下的全封闭救生艇，具有大吃水、高重心和对乘坐舒适性的要求较高等特征。基于三维势流理论计算分析高压逃生艇的运动响应，在此基础上分析乘员晕船问题，得到艇体运动和艇员晕船率与航速和波浪条件之间的影响关系。研究发现：艇体垂荡、横摇和纵摇并不总是随航速的增加而加剧；艇体横摇和纵摇的峰值对应的遭遇周期分别为9 s和3 s；波浪从艇尾入射时，艇体的垂荡和纵摇相比波浪从艇首入射时更剧烈；艇上乘员的晕船率与波浪条件和航速相关，艇尾处的乘员晕船率最高。     

随机斜浪中船舶参数-强迫激励横摇运动计算

研究船舶随机斜浪中大幅参数激励非线性横摇运动的计算方法.将船舶稳性高度GM作为时域变化的随机参数激励,波浪力为随机强迫激励项,建立船舶在随机斜浪航行情况的参-强激励横摇运动微分方程.参数激励项的求解考虑了船体型线、纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.分别取不同波高、航速、航向,计算出随机斜浪中船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明,此方法可以用于计算随机斜浪中船舶的参-强激励横摇运动,据此分析随机斜浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.     

随浪规则波中ONR内倾船纯稳性丧失黏流模拟方法研究

纯稳性丧失作为5种典型的船舶在波浪中运动失稳的模式之一，是波峰位于船舯时复原力显著减小而导致船舶大幅横摇甚至倾覆的运动失稳现象。论文采用STAR-CCM+商业软件，模拟全附体ONR内倾船在随浪下的纯稳性丧失现象。数值模拟中采用重叠网格技术实现船-桨-舵耦合的多体运动求解，通过速度边界条件进行造波，采用欧拉叠加模型进行消波，考虑了实船螺旋桨的旋转因素，对舵进行自动控制来实现航向的稳定。模拟了ONR内倾船在不同航速下发生纯稳性丧失导致大幅横摇甚至倾覆的过程，并与试验结果进行了对比，最大横摇幅值的计算值与试验值趋势一致。分析了在不同航速下舭龙骨、桨、舵等附体力和力矩的变化。论文建立的CFD数值模拟方法，为更加细致地分析波浪中纯稳性丧失的运动现象提供了技术支撑，为后续势流方法中的螺旋桨、舵等附体力学模型的改进提供了参考。     

饱和潜水自航式高压逃生艇设计

饱和潜水高压逃生艇是处于高压状态下的潜水人员撤离时采用的载具。结合有关规范的要求论述饱和潜水高压逃生艇的主要设计特征,对艇体的完整稳性和浸水稳性进行分析。结合高压逃生艇全封闭、大吃水和高重心的特征,对艇体的自扶正特征和晕船问题进行探究。结果表明:对于相似艇体外形,仅重心高度会对自扶正时间有影响;高压逃生艇在波浪中的人员晕船率较高,在高海况下降低部分航速能有效降低晕船率。