两栖车辆发展——水上推进技术的需求与应用

该文介绍了两栖车辆装备与技术的发展历程,在经过近几十年的技术更新与升级,已经实现由一代排水航行两栖车辆向三代水上高航速两栖车辆的跨越式发展。文章通过分析两栖车辆总体设计中滑行车体构型设计、水陆动力匹配设计、工况转换与控制,以及水上安全性等关键技术与发展趋势,指出新概念无人化两栖平台对未来两栖作战样式变化、非对称作战能力的提升有重要的意义,对高功率电驱式喷水推进器、电控式矢量推进等水上推进技术提出了更为紧迫的应用需求。     

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。     

断级与无断级滑行艇阻力性能的数值预报

基于重叠网格技术对Taunton系列中的断级与无断级滑行艇在不同航速下的船舶绕流场进行,结合试验数据与相关流场信息比较两种滑行艇的阻力性能差别,分析表明,造成阻力预报误差的主要原因是由于VOF方法不能很好捕捉自由面产生的强非线性的飞溅现象,无法有效的将飞溅阻力记入总阻力当中;对中纵剖面水气分布可知,断级滑行艇阻力性能优于无断级滑行艇的根本原因是断级位置处滑行面的不连续导致空气从断级处进入形成断级后"空穴",减少了浸湿面积降低了摩擦阻力,随着航速的提升空穴面积也逐渐增加,减阻效果也愈加明显。     

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。     

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。     

滑行艇波浪中运动性能试验研究

为了探究自主开发的滑行艇耐波性能,在拖曳水池中进行该滑行艇模型不同航速下的静水阻力试验、不同航速下变波长顶浪规则波试验与对应不同海况的不规则波试验,试验过程中记录阻力值和纵向运动响应值。对试验结果处理分析后发现:在排水体积傅氏数Fr=3.713时,滑行艇在5倍于船长的波长附近具有强烈的运动响应,出现了抨击和出水现象;与传统深V滑行艇相比,短波中该滑行艇具有更小的运动响应,滑行艇阻力增值较深V滑行艇有所减小;垂荡响应与航速与波高具有较好的线性关系,纵摇响应航速与波高具有弱非线性。     

滑行艇波浪中运动性能试验研究

为了探究自主开发的滑行艇耐波性能,在拖曳水池中进行该滑行艇模型不同航速下的静水阻力试验、不同航速下变波长顶浪规则波试验与对应不同海况的不规则波试验,试验过程中记录阻力值和纵向运动响应值。对试验结果处理分析后发现:在排水体积傅氏数Fr=3.713时,滑行艇在5倍于船长的波长附近具有强烈的运动响应,出现了抨击和出水现象;与传统深V滑行艇相比,短波中该滑行艇具有更小的运动响应,滑行艇阻力增值较深V滑行艇有所减小;垂荡响应与航速与波高具有较好的线性关系,纵摇响应航速与波高具有弱非线性。     

滑板角度组合对两栖车辆升阻比影响的仿真研究

针对两栖车辆水上行驶时不同滑板角度组合对车体升阻比的影响问题,阐述了滑板滑行机理,并基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型等计算流体动力学(CFD)理论,提出采用FLUENT和正交分析法进行某两栖车辆车体模型静水航行的三维数值模拟及优化分析。分析了两栖车辆在不同滑板角度组合和不同速度下的阻力和升力特性,得出了两栖车辆升阻比的最优滑板角度组合范围,为两栖车辆的设计及优化进行了有益而深入的探索。     

重心纵向位置对滑行艇阻力性能的影响研究（英文）

高速滑行艇姿态和阻力的准确预测对于提高船舶水动力性能具有重要意义。为了研究重心纵向位置对滑行艇阻力和水动力性能的影响，验证CFD方法的适用性，本文采用动态重叠网格方法进行CFD数值模拟，采用有限体积法求解湍流模型为SST k-ω的雷诺平均方程，水气两相流的自由界面采用VOF方法捕获，给出并分析了不同速度下三个不同重心纵向位置的结果比较。不同重心纵向位置情况下的数值结果比较表明：下沉和纵倾角随XCG的减小而增加，同时导致润湿面积减少；当重心纵向位置向后移动时，水动升力使滑行艇更容易进入滑行状态。     

水气双重介质共同作用下滑行艇纵向运动预报

为探究滑行艇水气双重介质共同作用下的运动响应情况,针对喷水推进滑行艇的高速运动原理,建立水气双重介质作用下滑行艇非线性的纵向运动数学模型。分析滑行艇在水气双重介质共同作用下滑行过程中的受力特性,确定艇体受到的重力、浮力、动升力和风压阻力等,改进受风面积和风压力臂的计算方法,提出实时计算滑行艇浸湿长度的计算公式。编写滑行艇纵向运动预报程序,并对不同工况下滑行艇运动的预报结果予以了分析。结果显示,当主机输出功率一定时,计入空气比不计入空气时的航速下降5.1%,升沉量下降0.006 m,纵摇角抬升0.2°,阻力增加1 893 N,动升力减小404 N;而计入风的阻力对滑行艇的运动影响较大,航速下降15.3%,纵摇角增加0.6°,升沉量下降0.021 m,动升力下降1 139 N,阻力增加5 472 N。     

基于仿生鳍的两栖驱动机构运动分析

为证实一种新型两栖驱动机构合理,并为之后研究提供基础,通过运用有限体积法,将柔性三维薄板视为仿生鳍鳍进行模拟分析,在水下环境中具体研究了振幅、周期等参数对仿生鳍运动的影响并分析推进原理,发现仿生鳍运动模式与马陆倍足运动方式基本一致。陆地上的研究通过建立运动学、动力学方程进行分析。结果表明,在水下仿生鳍单参数变量为振幅时主要影响运动的最大速度,与速度呈正比关系;为周期时影响加速度,与之呈正比关系;而推进效果是由仿生鳍两侧高、低压中心产生的正压梯度所提供。在陆地上仿生鳍的约束力足以提供运动所需驱动摩擦力,从而证明仿生鳍不仅可在水中进行巡游,而且通过调整结构姿态可实现在陆地的运动,由一套驱动机构实现了两栖运动功能。     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大；对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况；进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

基于动网格模型的两栖车辆数值模拟

采用弹簧近似法和网格局部重构法相结合的非结构动网格技术,利用水动力模型耦合6自由度刚体运动和自由水面进行数值模拟,计算两栖车辆的水动力特性。研究结果表明,动网格模型对求解三维流固耦合问题有效,运用数值方法分析两栖车辆水动力特性、预测航速航姿是有效的两栖车辆水上性能的设计方法。     

跨域无人平台水面垂直起飞动态特性数值模拟

[目的]旨在研究跨域无人平台从水面垂直起飞过程中平台的运动及动力学特性.[方法]采用黏流CFD方法结合重叠网格技术和多自由度DFBI(dynamic fluid body interaction)运动模型,针对跨域无人平台在水面垂直起飞至空中的跨域过程的动态特性,开展数值模拟研究.[结果]模拟结果显示:在垂直起飞过程中...     

循环水槽推进叶轮近场辐射噪声的数值模拟

为了研究大型循环水槽中推进叶轮的辐射噪声特性,建立了叶轮和管道的模型并进行了数值模拟。采用CFD方法,使用滑移网格方法实现推进叶轮的旋转,研究定常流场中推进叶轮的水动力和声辐射。在叶轮周围和桨轴后部布置一圈环形测点和一列轴向测点,监测叶轮径向和轴向各测点处的压力脉动,通过傅里叶变换得到各测点的噪声频谱。结果表明,推进叶轮轮缘处的噪声大致相同,在低频处声压级呈周期性变化,在高频处声压值不断降低,推进叶轮桨轴后的轴向测点声压随着距离增加而迅速变小。     

水下机器人结构形式及其发展趋势分析

水下机器人的结构是影响其运动性能的重要因素。按框架式、刚性外壳仿生式、柔性外壳仿生式、球形、滑翔式和链式6类结构,对水下机器人结构形式的发展现状和存在的关键技术问题进行分析。重点分析各类结构的驱动速度、加装载重和运动灵活性,以及在水下环境中的运动性和适应性。研究结果表明,水下机器人的结构形式正朝着高度柔性化、整体与局部结构之间高度变形化和多体结构可分离化的方向发展。     

基于扰动压力与速度测量水中目标航向与航速的新方法

从不可压理想定常流动的伯努利方程出发,依据水中航行体对水中某点的扰动压力与扰动速度的相关性,提出了基于水中航行体对水中一点的扰动压力与扰动速度测量该航行体的航行速度与航向的新方法。船模实验表明,该方法能较准确地测量出水中航行体的航向与运动速度,航向测量误差在5%以内,速度测量误差在20%以内,说明该方法具有实际应用前景。     

考虑水阻力和水压力差的边坡滑速改进方法

在阐述滑坡速度计算方法的基础上,分析了潘家铮和汪洋等人提出的算法的优缺点,并提出了在以上两种方法中增加阻力和水压力差的方法,使得计算更加合理。把流体阻力的概念运用到鹅公带古滑坡的实际工程中,基于以上2种方法的5种不同的优化方法,结合鹅公带古滑坡进行分析,计算出滑坡下滑时产生的加速度和速度。考虑了粘聚力、土条两侧水压力差以及水阻力对滑速的影响,并且得到三者对滑速影响是依次减小的。     

自流冷却系统引水装置水力性能研究

为提出先进船舶自流冷却系统引水装置的定量设计原则，参照水泵性能描述方法，提出自流扬程的概念，用自流扬程和附加阻力描述引水装置水力性能。基于伯努利方程和边界层方程的计算分析表明，为提高自流扬程，引水装置吸入口应垂直于来流且高于边界层厚度。基于冲量定理进行计算分析并结合三维仿真计算结果表明，为平衡自流能力和附加阻力，引水装置的入口流速与航速之比宜设计在一定区间内。实船计算结果验证了本文设计方法的正确性。