基于CFD仿真计算的襟翼舵水动力研究

襟翼舵作为一种可靠的、高升力的舵在最近几年内引起了广大设计工作者的重视影响,同时也有不少成熟的研究成果。对襟翼舵的研究主要集中在展弦比,主副舵面积比,转角比等方面,这些因素对襟翼舵的整体影响规律也已得到不少专家的解释。本文主要研究襟翼舵主副舵间间隙大小以及尺度效应对其水动力性能的影响,以普通NACA0020翼型为基本剖面建立不同间隙大小的襟翼舵模型,采用RANS方法计算得到了不同缝隙大小以及不同缩尺比下的襟翼舵升力阻力以及压力分布,并对周围涡结构以及流场进行分析,发现升力系数随着缝隙增大而减小,阻力系数先减小再增大的规律。同时随着襟翼舵尺度的增大,升力系数会随之增大,阻力系数会随之减小。文中以计算模型和实验数据进行对比,两者误差在5%以内,证明了计算结果的可靠性。     

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。     

舵型参数对襟翼舵升力特性影响的数值计算研究

论文通过对中国船舶科学研究中心开发的船用襟翼舵(CSSRC舵)计及尾翼缝隙位置的敞水升力特性进行数值模拟研究,分析了舵型参数对襟翼舵升力特性的影响规律;在此基础上,以在CSSRC舵上增加整流尾的方式,设计出了鱼尾型襟翼舵,并通过数值计算比较该鱼尾型襟翼舵与CSSRC舵以及NACA66剖面襟翼舵的升力特性,显示其具有更高的升力性能;最后根据系列计算结果,运用逐步回归方法对三种剖面翼型襟翼舵给出了具有工程实用价值的升力系数计算公式。     

超空泡航行体楔形舵片流体动力学特性数值模拟

舵片是保证超空泡航行体运动稳定性和控制航行弹道的重要部分。文章基于均质平衡流模型和SST(Shear Stress Transport)湍流模型,计算了单独舵片的流体动力特性,并与试验数据进行了对比,结果符合较好,验证了计算模型的有效性。基于此方法,计算了单独舵片发生空化后在不同操舵状态下的非定常流体动力变化。结果表明,在攻角相同时,操舵状态下舵片的非定常升力系数和定常结果差别不大,而非定常阻力系数大于定常结果,并且操舵速度越快,阻力系数越大。另外计算了舵片发生空化后的流体动力系数,结果显示在攻角相同时,舵片的阻力系数和升力系数均小于其在全湿状态下的结果;在空化状态下,舵片升力系数的斜率小于全湿状态,并且舵片升力系数的斜率是变化的,存在某临界攻角,攻角大于此临界值时,升力系数的斜率减小,而此临界攻角恰好为舵片的吸力面刚刚出现空化时的攻角;操舵状态下舵片的阻力系数和升力系数的变化规律与定常结果一致,但是数值偏小。     

敞水舵水动力数值计算及分析

利用计算流体动力学软件CFX,选用有限体积法和RNG k-ε湍流模型对NACA0020型剖面敞水舵和NACA67.1-015型襟翼敞水舵的流场进行了数值模拟,得到其升力系数和阻力系数,并与试验数据进行验证比较,规律吻合性较好,误差在可以接受的范围内。并得出在一定角度下两种舵型的叶面和叶背压力分布情况。本研究对于敞水舵的水动力性能设计提供了新的方法,压力分布在指导舵型的强度设计上也具有重要参考价值。     

基于斜舵的船舶运动姿态控制研究

采用45°倾斜安装的高效襟翼舵实现航向、横摇、纵摇的同时控制,阐述了斜舵减摇原理,并提出了采用高效襟翼舵以获得较高的升力系数,从而在不加大舵面积的情况下实现船舶纵摇运动控制.仿真结果表明,利用高效襟翼斜舵实现船舶运动姿态控制是可行的.     

连杆襟翼舵敞水试验研究

通过连杆襟翼舵的敞水试验,比较其与普通航的水动力性能,得到其参数对水动力影响,间接地分析了连杆襟翼舵与齿轮传动襟翼舵的水动力性能。为连杆襟翼舵的设计提供了试验基础。     

潜艇组合型尾舵的水动力模拟计算及分析

首先对阐述了计算流体动力学的基本知识,介绍了RANS控制方程和湍流模型,然后利用计算流体动力学软件CFX,合理选用有限体积法和RNG k-ε湍流模型对潜艇组合型尾舵的水流场进行了数值模拟计算,得到其在一定舵角下的升力系数、阻力系数、扭矩系数和压力中心系数曲线图,通过对其进行分析,得到了潜艇组合型尾舵的外特性随舵角变化的规律.本研究对于潜艇组合型尾舵的水动力性能研究、设计及工程应用具有一定参考价值.     

襟翼舵的开发利用

船用襟翼舵多应用在操纵性要求较高的海洋船舶上,其优良的操纵能力及安全可靠的工作性能已经得到了广大设计部门和船东的认可。文中介绍了襟翼舵的工作原理和实船应用情况,通过对船用襟翼舵工作原理和结构形式的研究,扩展了其在船舶上的应用,文中对船用襟翼舵替代侧推的方法和刹车制动功能进行了分析论证,给出了具体计算实例。     

基于CFD的无人帆船襟翼帆空气动力研究

为推进无人帆船在海洋环境保护和资源勘测等方面的应用，为一款海上自动航行帆船设计了风帆结构，并进行气动性能分析。建立无襟翼帆、分离式襟翼帆和嵌入式襟翼帆3种翼帆模型，通过Fluent软件进行计算流体力学（CFD）计算分析，比较3种风帆的气动性能，分析变角度襟翼帆对风帆气动性能和对帆船推力提升理论的影响规律。结果表明，嵌入式襟翼帆对无人帆船风帆整体的气动性能具有提升的作用；随着襟翼帆偏转角的增大，风帆的升力系数和升阻比随之增大、帆船的推力系数明显增强，对帆船性能的提升具有较优的影响，促进无人帆船在推力提升方面的研究。     

Effect of bed vicinity on vortex shedding and force coefficients of fluid flow on an offshore pipeline

The effect of rigid bed proximity on flow parameters and hydrodynamic loads in offshore pipelines exposed to turbulent flow is investigated numerically. The Galerkin finite volume method is employed to solve the unsteady incompressible 2D Navier–Stokes equations. The large eddy simulation turbulence model is solved using the artificial compressibility method and dual time-stepping approach. The proposed algorithm is developed for a wide range of turbulent flows with Reynolds numbers of 9500 to 1.5×10⁴. Evaluation of the developed numerical model shows that the proposed technique is capable of properly predicting hydrodynamic forces and simulating the flow pattern. The obtained results show that the lift and drag coefficients are strongly affected by the gap ratio. The mean drag coefficient slightly increases as the gap ratio increases, although the mean lift coefficient rapidly decreases. The vortex shedding suppression happen at the gap ratio of less than 0.2.     

共翼型舵特性及其对潜艇潜浮运动影响研究

共翼型舵是一种新型的潜艇组合舵翼操纵面.文章首先通过水洞试验和CFD计算对共翼型舵的敞水水动力性能进行了研究,结果表明,共翼型舵的舵效随弦长比和展弦比增大,封堵舵翼之间的间隙可以显著提高舵的水动力性能.随后通过CFD计算对比了分别安装有普通舵、共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇的潜浮运动,结果显示,5°舵角时,安装共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇模型潜浮角分别比安装普通舵的模型提高65％和105％左右.     

潜艇围壳舵和首舵水动力性能比较

安装在潜艇上的首部水平舵位置对于潜艇在垂直方向的稳定性以及操纵性具有重大意义.本文首先通过Fluent 14.0计算Suboff模型的阻力以及DTMB舵型的升、阻力,仿真结果与实验结果吻合较好.然后计算带围壳舵Suboff潜艇和带首舵Suboff潜艇的阻力、升力特性,并比较了潜艇带首舵和围壳舵的升阻力特性差异,以及对艇体表面压力分布和尾部流场的影响.计算结果显示,相同舵角下,围壳舵和首舵阻力相差不大,围壳舵升力比首舵升力大.相同舵角下,潜艇总阻力相差不大,带首舵潜艇总升力、总力矩比带围壳舵潜艇总升力、总力矩大.围壳舵舵角的变化对艇体表面的压力变化影响相对首舵来说较小.围壳舵和首舵在较大舵角下,都会对尾水平舵产生显著影响.     

电磁力控制翼型三维绕流场特性的数值研究

在弦长雷诺数Re_L=2.97×10~6下,采用脱体涡模拟方法对弱电解质中电磁力作用下翼型绕流场特性进行了数值模拟,研究了电磁力作用控制翼型失速攻角时绕流场中三维流动特性及失速问题的规律和机理。结果表明:电磁力作用可有效改善翼型周围的流场结构,显著减小翼型绕流场三维特性,并使翼型表面流体动能增加,当电磁力作用足够大时,其表面涡量转变为正向涡量。同时,电磁力作用可增加翼型升力,减小阻力,显著减小升阻力脉动特性,提高翼型升阻比,还可以显著延缓翼型失速特性,增加失速攻角,提高工作性能。     

基于CFD的半潜式钻井服务支持平台拖航阻力数值分析

通过分离涡模拟法（detached eddy simulation,DES）对半潜式钻井服务支持平台拖航阻力进行了研究,重点对平台拖航阻力、阻力系数和平台表面附近流场分布等特性进行了研究。研究表明：流方向下平台各结构所受阻力各不相同,下浮体占据总阻力比最大（尤其是90°来流方向下）。阻力系数及升力系数时历曲线变化具有“脉动性”。通过平台表面附近流场分布可以分析涡形成及受力原因,逆方向流及涡之间相互作用使得阻力有所减小。     

水下滑翔机沿纵剖面滑行时水动力特性计算与分析

通过自编软件,采用结构化网格和有限体积法,对水下滑翔机以不同攻角直航时的流场动力学特征进行了数值计算,得到了水下滑翔机在不同攻角时的速度分布和压力分布。分析了升力系数、阻力系数和力矩系数随攻角的变化规律,提出了有效控制滑行姿态的方案;分析了以不同最大攻角滑行时滑行路径和滑行效率,提出了最佳滑行攻角。     

Hydrodynamic characteristics of underwater vehicle with X-rudder configuration coupling with incidence and rudder angle北大核心CSCD

[目的]X形艉布局的水下航行体及操纵策略特殊,受主体姿态角影响的X形艉舵特性与十字形艉布局的不同。[方法]基于SUBOFF模型的X形艉布局方案,通过数值计算分析变单舵、变单舵耦合攻角以及变单舵耦合漂角时的操纵性水动力特性,并按照现有的船标推荐公式,对舵角/姿态角耦合下的操纵性水动力特性进行拟合研究。[结果]结果表明,X形艉水下航行体变单舵时,舵与主体间存在较强的相互作用,使得两个正交平面内的水动力(矩)存在差异;区别于无主体姿态角时的X舵水动力特性,耦合主体姿态角后的X舵水动力特性明显受到主体的影响。在研究的姿态角及舵角范围内,右上舵和左下舵舵效分别随姿态角的增大而减小和增大。舵导数相对变化量值最大达16%。[结论]研究结果可为X形艉水下航行体操控及仿真评估分析提供参考。     

Experimental investigations on hydrodynamic interactions between the cylinder and nets of a typical offshore aquacultural structure in steady current

A series of physical experiments were performed in steady current to investigate the hydrodynamic interactions between the cylinder and nets which constitute a main part of offshore aquacultural platforms. The hydrodynamic characteristics of only the cylinder, only nets and combined cylinder-net structures are measured and analyzed systematically under different current velocities, inflow angles and solidity ratios of nets. Based on experimental data, fitted formulas for hydrodynamic coefficients of a single resin net are proposed and compared to previously published empirical formulas. It is observed that the existence of the cylinder brings an increment up to 9.2% to drag coefficient of net panels whose solidity ratios are higher than 0.347, whereas this effect is negligible for nets with lower solidity ratios and perpendicular to the inflow. For nets inclined with 45°, the increment of the drag coefficient of net panels due to the existence of the cylinder is more significant (up to 22.9%) than that for perpendicularly placed nets. Furthermore, the existence of nets also leads to a noticeable increase in the drag coefficient of the cylinder, up to 40.18% for a relatively large net solidity ratio of 0.458, representative of biofouling condition. The increment increases with the rise of the solidity ratio of nets and it is larger for nets placed perpendicularly to the inflow than inclined. Effects of the cylinder and nets on lift coefficients of each other are a bit complicated, leading to an increase or reduction of lift coefficients depending on the inflow velocity, inflow angle and net solidity ratios. Finally, it is worth noting that the hydrodynamic interaction between the cylinder and nets deserves to be considered in current practice of hybrid methods by combining potential flow theory, Morison and screen models for aquacultural structures, especially for biofouling conditions.