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。     

粘性对船舶操纵运动水动力影响的探讨

船舶操纵运动水动力学理论计算研究，一直受到广泛重视，但现有的方法都示达到的实用阶段，本文提出了考虑边界层排挤厚度影响的等价船体法和计及分离涡影响的粘性损失法，旨在分析结果对船舶操纵运动水动力的影响，对充实和完善船舶操纵运动水动力的理论计算方法作了一些探讨。     

喷水推进船平移机动操纵方法研究

为了实现喷水推进艇平移机动操纵,对其操纵方法进行了研究.首先采用船模斜拖试验获取平移操纵时船体水动力特性变化规律,然后求解喷水推进器在各种航速、转速、倒车斗位置以及喷口转向角条件下的推力.在此基础上,综合分析船体平移运动水动力特性和喷水推进器推力特性,提出了用双手柄同步等角度调节的平移操纵法,并制定了详细的平移操纵步骤...     

基于B样条的三维船体水动力数值计算

本文采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力，用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布，为了验证该数值方法的可行性和精确度首先对处于无限流体域中的圆球体绕流问题进行了计算；其次计算了由ITTC所推荐的Wigley船型的兴波阻力以及以一攻角斜航时的操纵水动力；最后在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力作了相应计算工作。数值计算结果与其它试验或理论结果在定量或定性上吻合良好。     

船舶多工况操纵运动仿真及其在初步设计中的应用

首先整理了前人的试验资料，建立了船舶多工况操纵运动数学模型及其仿真系统，给出了一种新的风力及风力矩数学模型并预报了船舶在风力作用下的操纵运动；并且提出了估算浅水中船体水动力的新方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能；同时，对船舶紧急停船运动进行了仿真研究，给出了合理的计算模型。最后基于船舶操纵性能仿真系统开发了一个利用船舶操纵性能确定船型尺度的初步设计系统。     

滑行艇旋臂试验及其操纵性计算预报

根据滑行艇Ｆｒｏｕｄ数高、排水量小的特点，采用约束模旋臂试验加性预报方法研究该艇操纵特性，考虑到该艇回转时具有较大的横倾，本艇操纵性预报的数学模型，采用纵向、横向、回转和横摇的４个运动方程，其中船体水动力采用该艇模型旋臂试验结果。文中给出了６种工况下回转及Ｚ形机动的计算结果，并由此评价该艇操纵性能。     

小型无人帆船Z形操纵性能预测分析

[目的]无人帆船的操纵性预测对实现智能循迹航行具有关键性的作用。为了研究舵角与船体运动之间的关系,实现对操纵性的准确预测,[方法]采用数值模拟方法,系统研究无人帆船船—舵斜航粘性流场模型及其水动力特性,在对船—舵系统的水动力特性进行仿真前,分别对船体、敞水舵的数值计算结果与理论方法予以初步验证;然后,在此基础上实现无人帆船船—舵斜航粘性流场的数值计算;最后,利用MMG分离建模方法建立帆船的操纵运动模型,采用四阶龙格—库塔方法对微分方程进行求解,通过模拟船舶Z字形航行来分析船舵对船体操纵性的影响。[结果]结果表明,应用CFD方法预报船体操纵性可行。[结论]船体的操纵性能可以适用于规定工况下无人帆船的安全航行。     

浅水中船体操纵水动力导数的计算

本文考虑了二维船体横截面横向附加质量的浅底效应后,把极短翼理论发展到浅水情况以计算船体的操纵水动力导数。每个船体横截面都近似视为相应宽度和吃水的椭圆。得到如下形式的操纵水动力导数的浅水效应表达式: f_i=k_o a_ik_1B/T b_ik_2(B/T)~2(i=1,2,3,4,5,6) 把计算结果与藤野正隆的Mariner级船和东京丸模型强迫振荡试验结果作了比较。比较表明,上述六个操纵水动力导数,计算与试验结果都比较接近。计算预报的位置力臂l'_β和回转阻尼力臂l'r随水深变化的趋势与试验结果也是一致的。     

操纵运动船舶的水动力计算研究

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致,表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

高速滑行艇的航迹预报

最近大型排水量船使用的许多操纵模拟器都未计横遥运动的影响，此外，航速对船上水动力和水动力矩的影响通常都假定遵循简单的“傅汝德换算”关系，即取为速度的平方成正比。这对于此类排水量船是完全可以接受的，但对高高速滑行艇则不能接受。在高速滑行艇情况中，横摇运动很大，并且船体水下的形状随速度有明显变化，所以水动力与水动力矩的简单的速度平方关系已不成立了。本文论述了高速滑行艇４自由度运动方程的建立。文中，该数     

船体与舵相互作用的计算研究

精确估算作用于船体上的流体动力，分析船体与螺旋浆和舵之间的相互作用，均是建立船舶操纵性数字模型所必需的。将船舶研究开发的纳维尔－斯托克斯海王星程序，扩展应用到计算操纵性能中船秘舵周围的水动力上。通过计算值与测试值的比较，概要介绍了数值法。由于船体与舵之间的流体动力及相互作用，二者在模拟与测试结果方面非常一致，因而证明本方法可以运用于实际设计。     

受损海事舰船操纵运动粘性水动力的数值模拟

利用传统方法对受损海事舰船操纵运动粘性水动力进行数值模拟计算,存在水动力导数计算误差大,准确性低的问题。针对上述问题,提出一种基于CFD的受损舰船操纵运动粘性水动力数值模拟计算方法。该方法主要分为6步骤:1)建立水动力数值模拟方程;2)确定方程计算域以及边界条件;3)划分受损船舶的计算网格;4)采用有限体积法离散方程;5)利用SIMPLE算法求取方程解;6)借助Fluent软件来对求得的解进行收敛,降低计算误差。结果表明:与传水动力统数值模拟计算方法相比,利用本方法对受损海事舰船进行10次操纵运动粘性水动力数值模拟计算,水动力导数计算误差减小0.02,平均误差降低5.4%。     

船间水动力相互作用建模与仿真预报

为模拟考虑自由表面影响的船舶联合运动条件下的粘性流体流动,通过控制体积法求解非定常RANS方程以及六自由度（6DOF）运动方程,同时采用VOF模型、SST k-ω湍流模型以及滑移网格建立了一种预测船间水动力相互作用行为的方法,利用该方法开展孤立Wigley船体、孤立KCS船体、相互作用Wigley船体以及相互作用KCS船体的水动力特性研究,讨论了不同速度比对船间水动力的影响规律。结果表明：本文建立的船间水动力相互作用模型与文献结果符合较好,说明本文方法可有效解决船间水动力预测问题;对于静止目标船,追越过程中目标船受到的横向力主要受船间纵向距离对其产生的影响;对于航行船舶,追越过程中相对航行速度将会对目标船受到的横向力产生影响。     

一种船体及周围自由面的网格自动生成方法

船体湿表面及船体周围的自由面网格自动生成技术是采用Rankine源方法进行水动力分析的基础.文中使用累加弧长三次参数样条函数生成船体湿表面网格,使用无限插值的方法生成自由面网格,运用拉伸变换确定自由面网格外边界上的结点分布以控制自由面面元的疏密.使用该方法生成的网格进行了水动力分析,计算结果表明该方法准确灵活,可以满足使用Rankine源方法对船舶进行水动力分析的需要.     

喷水推进船舶航向稳定性分析

喷水推进是一种船舶推进方式,喷水推进器依靠进流与出流的动量差产生推力,会对船体周围的流动产生显著影响。基于裸船体计算得到的操纵性水动力系数与喷水推进器工作状态下得到的预报之间存在差异,这将影响船舶操纵性的预报。研究项目利用平面运动机构(PMM),分别开展带喷水推进装置的船舶操纵性水动力系数模型试验和相同工况下的裸船体试验,对比各项操纵性水动力系数的变化情况,总结出喷水推进装置对船舶航行稳定性的影响,找到关键的影响因素,为深入探究喷水推进器进出流动对船舶操纵性能的影响打好基础。     

大型船舶浅水操纵特性

大型船舶在浅水中操纵水动力和附加质量急剧增大是引起回转能力下降的主因,该文就75 000吨级散货船为实例,预报其在各种水深吃水比H/d下操纵性能.文中介绍了操纵运动方程,船体、桨、舵水动力的计算表达,计算船的要素,计算工况及项目.计算结果表明,随H/d减小,相应工况下的无因次战术直径、纵距及初转期都增大,而超越角有所减小,因此该船舶随H/d减小,其回转能力下降,而纠向和保持航向能力有所改善.     

可控环量船体的受力分析及对船舶操纵性的影响

本文在对—拖轮可控环量船体约束船模试验结果的基础上进行了水动力分析，并与船体在不喷流而仅操舵情况下的受力进行了对比．结果表明：在低航速下，喷流产生的转船力矩要大于操舵产生的转船力矩；在高航速下．喷流产生的转船力矩亦可满足船舶的操纵性要求．因此，作为一种新的船舶操纵方式，将环量控制技术直接用于船舶的操纵是可能的，可大大改善船舶在低航速情况下的操纵性．由于喷流装置结构简单，无可动部件，并且基本不改变船体形状，故为实船应用提供了较为乐观的前景．     

基于CFD的Series60船艏型线自动优化

在基于仿真的设计(SBD)方法的指导思想下,提出了基于CFD的船型自动优化方法以实现船型自动优化。该方法主要由径向基函数插值技术实现船体曲面自动变形的变形模块和水动力计算模块组成,水动力计算由CFD-SHIPFLOW软件实现。以Series60船舶的兴波阻力最小为优化目标,利用该方法实现了其船艏型线的自动优化。优化结果表明:对于Series60船型,在满足工程约束的条件下,基于CFD的船体曲面自动优化方法可以获得阻力降低的新船型。     

操纵运动船体水动力计算

提出一个适用于船舶初步设计阶段计算船舶操纵运动水动力的方法,给出了与船体表面局部线型相关的非线性力的估算方法。通过对方型系数Ｃｂ值为０．５７￣０．８３５艘船模的具体计算,结果表明与其相应的约束模试验结果吻合良好,本文方法可用于操纵运动数值模拟,也能作为港内低速大漂角航行船舶的运动模拟。     

浅水条件下船舶通过船闸时的水动力性能数值研究

文章通过应用CFD方法数值模拟在浅水条件下通过船闸的船舶粘性绕流,对船舶通过船闸时的水动力性能进行了数值预报研究。通过UDF编程定义船舶的运动,使用动网格方法和滑移交界面技术进行船舶运动过程中的网格更新,计算作用在船体上的水动力,并由计算得到的水动力求得船体下沉和纵倾。为了验证所采用的数值方法,以一艘通过比利时泽布吕赫Pierre Vandamme船闸的船舶为例,在模型尺度下进行了计算,并将计算结果和佛兰德水利研究所的模型试验基准数据进行了比较。通过分析不同船速、偏心距和水深条件下的数值结果,给出了这些因素对船舶通过船闸时的水动力性能的影响。该文研究结果可为浅水条件下船舶通过船闸时的安全操纵和控制提供一定的指导。