潜艇动力抗沉非线性效应及计算分析

应用潜艇垂直面非线性操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程,建立潜艇动力抗沉运动方程。数值计算潜艇典型隔舱破损进水后的动力抗沉运动,分析典型隔舱动力抗沉挽回运动和无法挽回运动的特征。针对不同初始航速、初始潜深和破口面积情况,数值计算得到典型隔舱动力挽回限界线。通过对典型隔舱动力挽回非线性限界线的分析,提出潜艇动力抗沉效应的概念,以及衡量潜艇动力抗沉能力大小的衡准参数——高压气吹除动力挽回深度、动力抗沉水动力初速和水动力航速系数,由此分离出潜艇动力抗沉运动中的高压气效应和水动力效应。     

潜艇动力抗沉非线性效应及计算分析

应用潜艇垂直面非线性操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程,建立潜艇动力抗沉运动方程。数值计算潜艇典型隔舱破损进水后的动力抗沉运动,分析典型隔舱动力抗沉挽回运动和无法挽回运动的特征。针对不同初始航速、初始潜深和破口面积情况,数值计算得到典型隔舱动力挽回限界线。通过对典型隔舱动力挽回非线性限界线的分析,提出潜艇动力抗沉效应的概念,以及衡量潜艇动力抗沉能力大小的衡准参数——高压气吹除动力挽回深度、动力抗沉水动力初速和水动力航速系数,由此分离出潜艇动力抗沉运动中的高压气效应和水动力效应。     

斜流中艇后螺旋桨水动力数值计算方法

为解决潜艇操纵性研究中螺旋桨水动力预报问题,本文应用Fluent软件对斜流条件下全附体潜艇模型艇后水动力进行计算。网格划分上将计算域分解为静止域与转动域2部分,2部分交界面采用滑移网格技术传递数据。选取适当的数值离散方法,分别计算0°攻角时不同进速下以及设计进速下不同攻角时艇后螺旋桨水动力的值,并通过与试验数据的对比验证算法的可靠性。计算结果表明,艇后螺旋桨推力和扭矩随着攻角的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

桨后舵附推力鳍理论计算

螺旋桨与舵附推力鳍,分别采用升力面法和基于速度势的面元法计算,两者之间的相互干扰采用迭代计算。在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,以加快数值的计算速度。分析了不同螺旋桨尾涡模型对舵附推力鳍水动力性能的影响,并提出一种新的螺旋桨尾涡模型。计算了加装舵附推力鳍之后螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布。对影响推力鳍助推效率的几个主要参数进行了变尺度研究。     

气动推进方式在微型潜艇上的应用仿真

根据某型微型潜艇的动力参数要求计算并选择合适的气动马达及高压气瓶,利用SimulationX仿真软件建立了高压气瓶、气动马达、螺旋桨以及潜艇阻力的仿真模型。经过仿真计算得到该微型潜艇的水下航速及其续航力,以及螺旋桨转速、推力和转矩等一系列数据。认为,在推进装置质量减轻的前提下,气动推进方式能够为该艇提供满足要求的水下航速及其续航力。     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均 RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用 Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

基于连续-离散混合模型的船舶推进轴系纵向振动动力吸振分析

以直接传动形式的船舶推进轴系为研究对象,基于连续-离散混合模型,开展推进轴系纵向振动动力吸振设计分析。采用直接法和模态叠加法计算比较推进轴系在螺旋桨脉动推力下的频率响应,识别出第1阶模态是优势模态。结合Lagrange方程和模态展开定理推导出推进轴系连续-动力吸振器离散混合模型的动力学方程,采用动力调谐优化方法对动力吸振器进行优化设计,在优化状态下讨论动力吸振器的控制效果和参数影响规律。分析结果表明:动力吸振器安装位置应尽可能接近螺旋桨端,以减小动力吸振器动力参数值;第1阶共振线谱的减振效果与动力吸振器安装位置无关,仅取决于其质量比。     

IMO第二代完整稳性骑浪横甩衡准规范研究

本文针对国际海事组织(IMO)目前正在制定的第二代完整稳性衡准中的骑浪/横甩稳性失效模式展开了研究,详细阐述了最新的衡准草案规范并编制了计算程序。在此基础上,以一条远洋渔船为例,开展了静水阻力拖航试验,研究了规范中所涉及的输入参数对于衡准校核结果的影响,包括静水阻力、螺旋桨推力系数等。结果表明,静水阻力数据对于校核结果的影响很大,而螺旋桨推力系数等的影响则较小。本研究对于IMO确立该衡准规范具有参考价值,对于船舶设计人员也有一定的指导意义。     

螺旋桨水动力载荷计算与验证

以实现对螺旋桨敞水性能的准确模拟,为螺旋桨结构计算提供准确可靠的水动力载荷为目标,首先依据螺旋桨的投影原理及型值参数,建立螺旋桨的三维几何模型;其次,以单通道的分区混合网格划分方法,建立了螺旋桨水动力载荷计算的网格模型,并分别采用三种湍流封闭模型计算螺旋桨水动力载荷。结果表明:计算所得螺旋桨的推力系数、转矩系数在设计点附近的误差可以保证控制在5%以内,可为后续螺旋桨流固耦合计算提供可靠的水动力载荷。     

考虑浮体弹性变形的锚泊系统分析方法

传统的锚泊系统分析方法一般是假设结构物为刚性不可变形的,这种假设对于常规海洋结构物的锚泊系统分析,其精度是可以接受的,然而对于弹性体(比如超大型浮体)来说,这种浮体刚性的假设显然是不合理的.本文基于摄动理论,分别给出了锚泊浮体(同时包括弹性体和刚性体)和锚泊系统的一阶运动方程.分别用三维水弹性理论和Goodman-Iance法求解浮体的动力响应和锚泊线的运动,并给出了两者之间的协调关系.通过数值算例分析表明,对于超大型浮体,其弹性特性对锚泊系统特性的影响是不可忽略的.     

生产驳船多点系泊定位系统动态响应

导出了多点系泊系统的船舶运动方程,在船舶运动方程中计入了非线性恢复力。缆索分段的三维动态方程中采用了凝集参数模型与平均切向量非线性流体动力载荷处理技术,对某生产驳船系泊问题进行了计算,对受有风、浪、流环境力的系泊船运动方程进行了数值求解,得到了随时间变化的船舶运动和系泊索动态张力,考查了缆索动力学对船舶运动和链张力的影响,并与以前未计入缆索动力影响的准静态结果进行了比较。     

基于优化算法的锚泊系统设计数值方法

港口系泊系统的设计关系到船舶停靠的安全问题,是船舶与海洋工程研究的热点之一,以往的研究中,对于动荷载的考虑较少。在动荷载的基础上研究港口系泊系统的设计,首先,分析了港口系泊系统主要组成的钢管、钢桶、重物球、电焊锚链和抗拖移锚的受力情况;然后,基于物体受力平衡方程以及悬链线模型建立了系统受力模型,采用遗传算法进行数值模拟求解;最后,通过MATLAB编程得出了在不同情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域,并讨论了各影响因素对系泊系统组成部分的影响程度。     

动态有限元法在船体板架振动计算中的应用

该文通过直接求解轴向受载的均匀Timoshenko梁单元扭转振动和弯曲振动的运动微分议程，导出了考虑轴向力，剪切变形和转动惯量的平面板架的动态刚度短阵的解析表达式，并用改进的二分法求解频率特征议程，经对处于复杂弯曲状态的船体板架振动的数值计算，验证了本方法的精确性和有效性。     

漂浮式海洋能平台运动响应耦合预报研究

随着海洋工程向远海发展,漂浮式海洋能平台的运动响应预报问题成为研究的热点之一.本文以漂浮式海洋能平台为研究对象,首先基于间接时域法,建立浮式平台时域运动方程,然后基于悬链线理论和全矢量形式的三维集中质量法,建立系泊系统运动方程.在使用自行开发的计算程序对以上方程进行求解获得初值后,以系缆和浮式平台的受力和位移作为2个运动方程的交互输入与输出,建立浮式平台与系泊系统的全耦合计算方法.最后对简化的浮式海洋平台进行计算,分析载体平台的运动响应和系缆受力情况.本文可为解决相关工程问题提供参考和借鉴.     

船舶可倾瓦推力轴承润滑油膜的轴向动特性计算方法

推力环和推力瓦之间的楔形润滑油膜是实现螺旋桨推力传递的重要环节,其轴向动特性直接关乎船舶轴系转子的纵向振动特性。文章分别论述了船舶可倾瓦推力轴承楔形润滑油膜轴向动特性的一维流近似解析方法和二维流数值方法,在已求得油膜静特性基础上,分别结合偏导数法和小摄动法获解了油膜动特性,推导了两种方法计算油膜动特性的求解式,并给出了详细计算过程。以某船舶可倾瓦推力轴承为算例,对两种方法的计算结果作了比较分析,得到了最小油膜厚度、油膜承载力和油膜轴向刚度三者间的一般变化规律,讨论了油膜动特性随轴转速的变化关系。计算结果为基于转子动态模型研究轴系纵向振动的传递机理提供了油膜动特性数据。     

40万吨级超大型油轮船舶系泊动态响应的试验研究

为探讨超大型油轮在现有码头停靠、作业时的系泊情况,采用船舶系泊物理模型试验方法,分析研究了40万吨级油轮系泊作业时在长周期波及波浪、风、流联合作用下,系泊船舶的动态响应及对系缆力、护舷撞击力的影响。得出了40万吨级油轮在系泊作业过程中在不同波高及周期的波浪作用下运动量、缆力、撞击力的变化规律,提出在试验条件下40万吨级油轮停靠码头系泊作业的系缆方式及应注意问题。可为40万吨级油轮系泊作业提供依据。     

大型非自航绞吸挖泥船锚泊能力分析方法

针对大型非自航绞吸挖泥船的防台问题,建立了绞吸挖泥船的水动力模型,采用准静力分析法和时域动力分析法分别计算不同工况下绞吸挖泥船的锚链波频张力和锚链最大张力。对比两种方法的计算结果,科学地评估绞吸挖泥船的系泊承载能力。结果显示,准静力分析法和时域动力分析法都可以较好地用于绞吸挖泥船系泊能力的计算,绞吸挖泥船所配备锚链和锚可满足15级台风下的防台定位需求,保证该锚泊定位安全。     

系泊索对系缆力及船体运动量的影响研究

以均衡系泊索张力、减少船体运动量为目标,调整主缆材质或直径、预张力施加、绞盘至导缆孔距离及批芭结等参数,应用Optimoor软件进行模拟分析,可知:当选用大弹性系泊索或减少其直径、增加其长度时,可减小系缆力;当施加预张力或增加系泊索刚度时,可减少船体运动量;当通过施加预张力或设置批芭结等方式调整系泊索弹性时,可均衡并减小其受力。     

On the slack phenomena and snap force in tethers of submerged floating tunnels under wave conditions

Under severe sea wave conditions, the mooring tethers of submerged floating tunnel (SFT) might go slack. It may cause the structure failure during the service lifetime of SFT. The paper investigated SFT dynamics when going through tether slacking and the related snap force under wave conditions. Besides the nonlinearity of fluid drag and of structural geometry for a relative large structure displacement, the problem is characterized by the nonlinearity due to the discontinuity in axial stiffness of the tethers. To include these nonlinearities, the method of Lagrange energy is used to build the governing equations of SFT motion, and a bilinear oscillator is introduced to simulate the mooring tether operating in an alternating slack-taut state. The sensitivities of the occurrence of tether slacking to wave height and wave period are investigated. Results show that at a large wave height SFT tether will go slack and snap force occurs. SFT responses are categorized into three types of state according to the dynamic response characteristics of tether tension. Effects of two fundamental structure parameters, buoyancy-weight ratio (BWR) and inclined mooring angle (IMA), on the dynamic responses of SFT are analyzed. A slack-taut map of SFT tethers is built. It intuitively describes the occurrences of slack and snap force with different combinations of the two parameters. An analytical approach for slack prediction by deriving the slack criterion is provided to reveal the mechanism of the presented slack-taut map. By present research, the authors tried to make their effort to provide an alternative philosophy for SFT structural design on concerning preventing the occurrence of tether slacking and snap force.