近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。     

近自由面三维水翼的水动力时域分析

基于格林定理,将Bankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了近自由面条件下的三维水翼的势流场.其中在自由面采用线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件.影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用一种精确积分的方法计算.文中确定了计算模型和参数,给出了不同航速、展长及浸深下的数值计算结果,并与相关文献结果进行了对比,证实了该方法是一种可靠、有效的时域算法.     

水翼艇翼航时稳性探讨

文章探讨V形割划式水翼艇翼航时初横稳性的计算,主要涉及水翼艇翼航时水翼浸深、横倾时左右翼升力的合力、回复力矩和稳性临界速度;提出了水翼艇翼航时稳性临界航速的概念和计算方法.文中的计算和讨论可为V形割划式水翼艇的设计提供参考.     

三维近自由表面水翼升力线理论

文章将普朗特的升力线理论扩展到自由表面下的三维水翼升力分析问题。二维水翼升力计算采用奇点分布法,三维水翼升力采用普朗特的马蹄涡叠加法,得到了三维水翼升力线计算理论。并且都考虑了自由表面的影响。在算例中,针对不同的潜深和翼弦长度,给出了升力系数和潜深弗汝德数的关系。其计算结果与其他文献所给的结果相比吻合得很好。     

接近水面航行时水翼的性能

全浸式水翼接近水面航行时的性能试验在日本神户商船大学的船模拖曳水池进行，试验中采用测力计测量了其升力和阻力。同时还在神户商船大学的船模试验水池和循环水槽中观测了水翼周围的水流特性，供试水翼采用玻璃钢手工制作。翼剖面类型为NACA2410型。试验变量包括攻角、浸深和进速。为了能详细地探讨分析水翼的性能和水流特性之间的关系，对其浸深和进速进行了多种变化。试验结果概括如下：（1）在低傅氏数范围内，水翼性能急剧变化；（2）在小浸水深度情况下，在以浸深定义的傅氏数范围（Fr-I=1.0-1.3)内，升力性能显著下降，并在Fr-I=1.1的附近，升力下降到最小值；（3）在此附近，恰好在水翼的上面可观察到碎浪现象，碎浪以进速向相反方向位移；（4）在大浸水深度或大傅氏数Fr-I的情况下应用了沃德林（Wadin)估算法，但是在水面效应对水翼性能影响较大的范围内，不能应用该估算法。     

近水面航行二维水翼的水动力特性研究

利用有限体积方法和RNG k-ε湍流模型直接求解RANS方程计算近水面航行二维水翼(NACA 0012)的水动力特性,自由水面采用流体体积方法(VOF)描述,与试验结果的比较表明,本文的计算模型是合理的,结论是正确的,通过计算给出了不同浸深、攻角和傅氏数的升力系数、阻力系数等曲线。     

一种计算水翼水动力的三维面元法

本文用Rankine奇点面元法计算了深、浅水中三维水翼的定常升力绕流。水翼的厚度和升力效应分别以水翼表面分布的Rankine源和法向偶极子来模拟，在自由表面上也分布Rankine源，通过满足相应的边界条件和尾缘处的Kutta条件求出这些奇点强度。以在自由表面下作小攻角定常运动的水翼为例进行了计算，计算结果与试验结果和其他计算结果作了比较。     

水翼艇静水翼航性能的一种计算方法

本文提供了一种水翼艇静水翼航性能的计算方法。本方法根据首尾单独水翼模型试验资料、水翼系统的干扰特性、几何条件和艇的平衡方程组等,借助电子计算机计算水翼艇在整个翼航范围内(包括起飞状态)的航行状态、阻力及推力等性能曲线。问题的关键之一在于准确地估计首水翼对尾水翼水动力性能的干扰效应。作者运用水翼升力线理论的某些结果导出了常用形式水翼系统尾翼处的平均液面下降和平均下洗角的计算公式,并以此计算值来修正尾翼的工作状态。实例计算结果和试验结果是一致的。     

船体操纵运动水动力计算中的小展弦比机翼理论之改进及其应用

本文改进了用于计算船体操纵运动水动力的小展弦比矩形平板机翼理论,建立了自由涡线的流出角沿弦向变化的升力面模型,以此,对多个船体模型的定常操纵运动水动力作了数值计算,并探讨了浅水中的双体船的操纵运动水动力的理论计算。     

绕后掠翼周围的流动和空泡的研究

本文论述了ＮＡＣＡ００１２剖面和展弦比为３，４５度后掠翼与在前篇论文中叙述的椭圆不闻不问机翼的实验和数值计算结果的比较，在实验中，对升力和阻力系数，翼由的压力分布，梢涡周围的速度分布和尾流分布在一些典型的工况上进行了实测。水翼周围的流场还用数值计算进行了研究。     

振动半圆柱尾流中的二维摆动水翼推进性能研究

文章研究了粘性流场中半圆柱振动产生的旋涡对二维摆动水翼推进性能的影响。利用数值方法计算了振动半圆柱尾流中二维摆动水翼的水动力性能。计算结果表明,半圆柱涡和水翼涡之间存在4种相互作用模式。相反旋向的半圆柱涡和水翼涡相互作用时,摆动水翼的平均推力系数最大。相同旋向的半圆柱涡和水翼首缘涡相互作用并且最终融入到水翼尾缘涡时,摆动水翼能够从半圆柱涡中吸收能量。     

偶极分布法计算近水面水翼的升力和兴波

本文用水翼中拱面和尾涡面上偶极分布的方法计算在静水翼航状态下水翼的水动力性能。由于导出了计及兴波影响的四边形偶极单元的诱导速度计算公式,折曲状的尾涡位置可以比较精确地迭代确定,所以水翼升力和兴波的计算比以往的方法有较大改进,并可为多翼系统干扰的计算提供依据。     

超空泡圆弧型水翼的流体动力性能计算方法

本文对有拱度而无厚度的圆弧型水翼按J.A.葛尔斯脱(Geurst)线性理论导出其升力、阻力和力矩系数公式,以便看出超空泡水翼的拱度效应。与空气动力学中所用的方法相似,首先用围道积分求出葛尔斯脱解中的柯西型积分,这样圆弧水翼的速度场可以确定。然后把复速度w(z)展成罗郎级数,设法求出级数中前三项系数,要求的流体动力系数即可得出。本文的结果可用分析和估算超空泡螺旋桨叶切面和高速水翼艇水翼的流体动力性能。最后数值计算的结果表明,当攻角和空泡数充分小时,本文结果可作为一级近似。     

潜艇组合型艉舵结构特征参数对水动力性能的影响分析

利用计算流体动力学工具CFX，合理选用有限体积法和RNG-εE湍流模型对NACA67．1-015型襟翼敞水舵进行CFD模拟验证计算，通过与试验数据进行比较，证明计算方法的合理性，对潜艇组合型艉舵在不同展弦比λ、艉弦比t^-下的流场进行数值模拟计算，得到其升力系数、阻力系数、压力中心系数曲线和压力分布图，通过对水动力系数曲线和压力分布图的分析，得到舵特征参数对水动力性能的影响规律。     

减摇鳍的定常与非定常水动力计算方法

本文分两部分。第一部分是减摇鳍的升力和两对鳍之间定常干扰的理论与实验研究。作者根据涡格法,并考虑到小展弦比机翼在大攻角时的非线性和尾涡的卷起。提出了一种计算两对鳍之间干扰的方法。计算结果与实验结果的符合程度是令人满意的。第二部分是非定常水动力计算方法。作者采用涡环分布模型,把鳍运动的时间历程按一定的时间间隔依次求解。文中给出了升力和力矩随时间变化的数字结果。计算得到的尾涡形状与用流场显示技术得到的尾涡照片作了比较。     

船用首升力体水动力影响分析研究

首升力体技术已被CFD、缩比模型试验、实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可降低船舶运动,提高船舶耐波性.本文采用VOF方法捕捉自由液面,对有自由液面情况下,不同攻角、不同浸深和不同航速的首升力体,计算了首升力体的升力、阻力和自由面兴波等.     

消波水翼和压浪板对高速圆舭艇航态与阻力的影响

应用大展弦比滑行面理论和近水面短翼理论建立了安装在高速圆舭艇上的消波水翼、压浪板升力计算方法,据此研究了消泼水翼、压浪板引起的艇航态变化及其对阻力的影响。理论计算结果与模型试验结果的比较验证了所提计算方法的实用性。     

绕水翼非定常空化流动的涡动力学分析

文章采用数值方法对绕水翼的非定常空化流动进行了流动计算,并采用涡动力学方法对非定常空化流场特性进行了分析。计算中,采用基于当地涡旋修正的湍流模型封闭控制方程,通过实验对该计算结果进行验证;采用涡量法分析了空化的发生和发展对涡量输运过程的影响。结果表明:基于当地涡旋修正的湍流模型可以准确地模拟水翼周围非定常空化流场结构;水翼空化流场具有强烈的非定常特性,空化的发展和流场中的涡结构有着紧密的联系;反向射流的作用会导致附着空穴尾缘附近速度梯度的非定常变化,是导致涡量产生和消失的重要因素;空化区域内部水气两相的质量交换会导致流场内体积变化率的变化,使得空化区域内部流体的非正压性显著增强,上述两者导致空化区域内部的涡量分布呈现强烈的非定常特性;空化现象引起的水气两相之间的相互转换以及对湍流的作用都是影响涡结构空间分布的重要因素。     

基于数值计算的某油轮快速性虚拟试验研究

为评估船舶快速性,采用两相流自由面VOF技术计算船舶阻力,用带有升力面修正的升力线法计算螺旋桨敞水性能,用非均匀来流的升力线法计算伴流分数和相对旋转效率,用鼓动盘理论计算推力减额。数值计算的结果与模型试验的结果相近。通过数值计算方法将虚拟试验替代模型试验,在保证精度前提下采用较简捷的方法,希望推动虚拟试验的方法朝快捷、高效的方向发展。     

应用涡格法的超空泡螺旋桨设计

本文论述了一种超空泡螺旋浆的精确设计方法。在前篇论文中，用Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ的升力线理论计算环量分布和水动力螺距。并用两种近似方法作了升力面修正。发展了一种利用双抛物线多项或考虑拱度影响的改进修正方法。另外，利用由第列试验获得的经验公式进行包括叶栅效应的螺距修正。在本文中，应用涡格法直接完成了了升力面修正。更精确的环量分布是用Ｌｅｒｂｓ的升力线理论进行计算的。