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。     

B.H.型气泡高速艇规则波中纵向运动试验研究

在高速拖曳水池里开展了B.H.型气泡高速艇静水阻力及规则波纵向运动模型试验,研究了气流量、航速、波长、波高等因素变化对B.H.艇波浪中阻力、垂荡、纵摇、垂向运动加速度的影响。探讨了波高变化对饱和气流量的影响。研究结果表明:静水中B.H.艇相对减阻率可达36.25%,绝对减阻率可达20.79%,迎浪规则波中相对减阻率可达32.3%,与静水减阻效果基本相当,波长变化对减阻率的影响甚微。气层并未导致纵向运动性能的恶化,相反在一定航速与波长范围内,艇底气层能改善垂荡与纵摇运动;饱和气流量下,阻力、垂荡、纵摇及重心垂向运动加速度随波高呈非线性变化,航速增大非线性增强,波长增加非线性降低;波浪中饱和气流量随波高呈非线性变化。     

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。     

控制气泡逸出技术的计算研究

采用欧拉方法的混合两相流模型及标准k-ε湍流模型,对采用控制气泡逸出技术的高速艇进行数值模拟,得到模型在喷气与不喷气状态下航行时的粘性流场,探讨不同控制气泡逸出方法对摩擦阻力减阻效果的影响,以寻求出使气泡在艇底保持及运动稳定性较好的最佳减阻措施。计算结果表明:在艇底加防溅条没有达到预期的减阻效果,优化后的新船型明显提高微气泡的减阻率。     

气层作用下几何相似滑行艇的阻力换算方法研究

通过对有气层时滑行艇总阻力的量纲分析．指出艇型一定的滑行艇气层减阻率为容积傅氏数、无量纲气流量系数、气穴面积分布率以及雷诺数的函数，并可简化为气穴面积分布率与无气层时摩擦阻力与总阻力之比的乘积。提出了几何相似滑行艇之间阻力换算的“计及气穴面积分布率修正的二因次阻力换算法”，通过对两条尺度不同、几何相似的滑行艇模型试验，验证了该方法的可靠性。     

气层减阻技术关键因素影响研究

气层减阻技术可显著降低船舶阻力、减少燃料消耗和提高船舶航速,是极具潜力的新型船舶节能减排技术。在大型低速船上应用这项技术时,由于航速低的原因,气层难以在船舶底部生成并稳定保持。针对气层减阻技术在低速船上的应用难点,以平板为研究对象,进行气层生成和稳定保持的试验研究,探讨低速状态下气层能稳定保持的关键因素。对喷气方式、喷口形式、气流量等因素展开了系列研究,获得了低速状态下具有较高减阻节能效果的喷气模式(喷气方式+喷口形式)和关键设计参数。以此为设计依据,对船模、百吨级原理样船以及沿海实船等为多种尺度的研究对象进行气层减阻方案设计,获得了较好的减阻节能效果,船模减阻率达47%,百吨级原理样船净节能11%,沿海实船净节能7%以上,验证了寻获的气层减阻关键因素的合理性和有效性,为气层减阻技术在低速船上应用提供技术支撑。     

平底型高速交通运输艇加装尾插板减阻技术研究

针对平底高速运输艇中高速航行阻力偏大问题,本文采用RANS方法、整体动网格法和HRIC-VOF模型建立了可计算该类艇型中高速航行阻力与姿态的数值方法,计算了尾插板的减阻效果,并从艇体兴波、艇底压力、航行姿态等方面分析了尾插板的减阻机理,最后通过模型试验进一步探索了尾插板的减阻效果及尺寸要求.结果表明,中高速下该艇型加装尾插板的减阻率可达20％～40％.     

喷气方式对断阶滑行艇阻力的影响

本文通过试验,研究了不同喷气方式对断阶滑行艇模型阻力的影响,取得了总阻力减少２５％的效果,并得出了以下结论：（１）孔喷的减阻效果明显优于缝喷;单侧喷气的减阻效果略差于双侧喷气。（２）沿折角线垂向下弯式的防溅条的阻力性能优于沿折角线水平式的防溅条,前者的单位排水量阻力比后者的略小３％～４％。     

气层对滑行艇推进性能影响的试验研究

在中国船舶科学研究中心拖曳水池中，通过滑行艇模型自航试验，研究了艇底气层对滑行艇推进性能的影响，结果表明：气层对采用水螺旋浆推进的滑行艇推进性能的影响不大。由于气层影响，当滑行艇处于过渡状态时，推进效率略有增大；当滑行艇处于滑行状态时，推进效率略有减少。在饱和气流量时，阻力及主机功率最大减幅可达20％。     

船舶吃水对微气泡减阻影响的水池试验研究

针对大比尺平底型船模,分别在船模底部的首、中部安装多孔硅材料板以生成微气泡,在大型拖曳水池中进行了不同拖曳速度、不同喷气量下,吃水对减阻率影响的对比性试验.试验结果表明,仅在首部喷气以及首、中部等量同时喷气且Fr≤0.646时,浅吃水时的减阻效果好.Fr＜0.646时,浅吃水下纵倾角较深吃水明显减小;Fr＞0.646时,浅吃水下纵倾角增幅较深吃水大.试验结果为实船应用提供了有用的依据.     

A method based on potential theory for calculating air cavity formation of an air cavity resistance reduction ship

This research is intended to provide academic reference and design guidance for further studies to determine the most effective means to reduce a ship’s resistance through an air-cavity. On the basis of potential theory and on the assumption of an ideal and irrotational fluid, this paper drives a method for calculating air cavity formation using slender ship theory then points out the parameters directly related to the formation of air cavities and their interrelationships. Simulations showed that the formation of an air cavity is affected by cavitation number, velocity, groove geometry and groove size. When the ship’s velocity and groove structure are given, the cavitation number must be within range to form a steady air cavity. The interface between air and water forms a wave shape and could be adjusted by an air injection system.     

A method based on potential theory for calculating air cavity formation of an air cavity resistance reduction ship

This research is intended to provide academic reference and design guidance for further studies to determine the most effective means to reduce a ship’s resistance through an air-cavity. On the basis of potential theory and on the assumption of an ideal and irrotational fluid, this paper drives a method for calculating air cavity formation using slender ship theory then points out the parameters directly related to the formation of air cavities and their interrelationships. Simulations showed that the formation of an air cavity is affected by cavitation number, velocity, groove geometry and groove size. When the ship’s velocity and groove structure are given, the cavitation number must be within range to form a steady air cavity. The interface between air and water forms a wave shape and could be adjusted by an air injection system.     

断阶滑行艇喷气减阻机理研究

本文通过艇底流态显示、艇体运动姿态及阻力测量，研究了滑行艇艇底喷气对流场、阻力等的影响规律。断阶稍前处喷气引起总阻力和浸湿面积的大幅减少，喷气所减少的阻力成分为摩擦阻力，喷气对剩余阻力的影响甚微。     

航行姿态对船底气层稳定性影响的数值研究

为揭示气泡船不同航行姿态下的气层稳定性,采用RANS方程与VOF模型相结合的方法,构建了大型平底气泡船粘性流场数值计算模型,并对该模型进行了验证。分析了航行横倾角、航行纵倾角对气泡船凹槽中气层形态及稳定性的影响,数值研究结果表明,凹槽深度与宽度之比为h/B时,存在一个临界横倾值arctan(h/B),当横倾角小于该值时可形成稳定的船底气层;横倾角大于该值时船底气层出现破碎现象,且横倾增加,破碎现象加重;较大的船体尾倾角会使气层发生破碎,对气层的稳定性不利,在航行过程中应尽量避免。     

船舶管道空气塞的形成与消除措施

船舶管道在气囊作用下往往形成空气塞,阻碍燃油等液体的流通,对柴油机的正常工作带来不利影响。作者根据长期工作经验,分析了空气塞的成因,提出了消除空气塞的若干措施。     

三维空泡回射流的理论研究

空泡回射流以某个方向冲击空泡壁面是导致空泡发生不同脱落方式的重要原因,但是空泡回射流的方向目前认为是一个不确定量,需要人为指定.该文针对无界重力流场中的三维空泡,基于势流假设和积分方程推导了一个计算回射流角度和回射流截面面积的三角函数代数方程组,并且在小角度条件下给出了回射流角度和截面面积的理论解析式.研究表明,空泡回射流角度与空化器的攻角、阻力和空泡浮力有关.     

新拌混凝土气泡参数分析法评估混凝土抗冻性

通过对国内外资料分析,指出了新拌混凝土气泡参数分析法评估混凝土抗冻性技术是快速无损预控混凝土抗冻性的发展方向,对抗冻混凝土施工具有前瞻性的指导意义。     

气幕喷气环阻力性能实验研究

气幕系统是目前降低舰艇水下辐射噪声的一种有效措施.通过在水筒中进行的气幕喷气环阻力性能试验,就喷气环的外形尺寸、截面形状和喷气流量对阻力的影响进行了研究,得到了所研究气幕喷气环的阻力数据.