基于体积力法的全附体KCS型船模PMM运动数值模拟

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平面运动机构(Planar Motion Mechanism,PMM)运动的数值模拟,将横向力Y、艏摇力矩N、横倾力矩K的数值模拟结果与试验结果进行对比,并依照PMM试验的动力学方程,通过最小二乘法拟合和傅立叶积分,将数值模拟结果与试验结果的时历曲线进行分析处理,求得操纵水动力导数。研究结果表明:该方法用于数值模拟PMM运动是可行的;求得的水动力导数中Y′vvv,N′vvv误差略大,其余水动力导数误差均在15%以内。     

基于CFD方法的某喷水推进舰船矢量控制运动仿真

以喷水推进舰船为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）方法获得其水动力导数,在设计航速下对其进行矢量运动控制仿真研究。采用STAR-CCM+开发CFD求解器,采用流体域体积（VOF）方法求解自由面,选用Realizable k-ε模型作为湍流模型。通过纯横荡试验和纯艏摇试验的平面运动机构试验对船体受到的横向力和摇艏力矩进行分析,得到水动力导数,并构建适用于喷水推进舰船的操纵运动模型。结合建立的操纵运动模型设计喷水推进船的艏向控制器并进行矢量控制仿真,验证所提方法的可行性。     

船体静水及波浪航行时在STAR-CCM+软件中仿真结果的有效性验证

为了验证STAR-CCM+中所采用的数值方法、DFBI模块的有效性以及选择合适的湍流模型，选取行业内CFD考核验证的标准船型之一KCS(KRISO Container Ship)作为计算模型，采用的验证算例是在考虑航行状态下的静水及波浪流场的标准通用算例。通过计算发现，静水中KCS船模会随着水动力和重力的不平衡作用发生空间姿态上的运动变化；而在水流的粘性作用下，KCS船模的运动幅度逐渐减小直至完全平衡。波浪中KCS船模的阻力系数和运动姿态均会发生周期性的变化。通过将计算结果与试验数据进行详细的对比发现，运用SATR-CCM+计算得到的结果与试验结果高度吻合，从而证明了仿真结果的正确性。     

全回转双桨船舶操纵性预报

为实现对全回转桨船操纵性的预报,根据船舶分离型运动模型的建模方法,考虑全回转桨在水平面上周转的灵活性与受力的特殊性,着重分析双桨受力,建立适用于全回转对转桨船模的MMG操纵运动数学模型;模拟船模进行PMM运动,求得水动力导数并采用四阶龙格—库塔法对操纵性常微分方程进行求解;对某工程船在静水中的回转运动和Z形操纵运动进行数值仿真预报,并将预报结果与自航模操纵性试验结果进行对比。结果表明,两者吻合度较高,验证了针对全回转对转桨船模所建立的船舶运动数学模型的有效性,可为全回转桨船的操纵性预报提供一种较为可靠且行之有效的方法。     

基于CFD的水下滑翔机水动力导数计算

水动力导数求解是进行水下滑翔机操纵性能分析的基础,为了快速预报水下滑翔机的操纵性能,开展基于CFD方法的水下滑翔机水动力导数计算研究。选用约束模型试验作为水动力导数求解方法,并给出其CFD数值模拟方法;以SUBOFF潜艇模型为例,进行约束模型试验的CFD数值仿真和水动力导数计算。计算结果表明,CFD数值模拟方法可用于水下潜器的水动力导数计算。采用CFD方法对水下滑翔机的斜航试验、纯横荡和纯首摇运动进行数值模拟,并利用最小二乘法拟合仿真数据得到水下滑翔机的水动力导数,为操纵性能分析提供支撑。     

基于RANS法的船舶阻力及自由运动预报

文章介绍了基于RANS法求解船舶自由运动水动力性能的方法。通过对流域设计、网格划分方法、运动求解法及湍流模型的选择等进行完整的讨论与分析,提出了一套求解船舶自由运动的RANS方法。以低速船(KCS型船模)及高速船(Fridsma滑行艇)为计算对象,计算结果验证了RANS法在预报船舶自由航行时水动力性能的实用性。     

纯横荡和旋臂试验的数值模拟

随着计算机技术和粘性流理论的发展,计算流体力学方法逐渐成为研究船舶操纵性的重要方法.拘束船模试验是获得船舶水动力导数的重要方法,而获得水动力导数也是船舶操纵性CFD的重要目标之一.讨论了如何利用CFD方法对不带自由面的船模旋臂实验和纯横荡试验的数值进行模拟,求取船模的位置导数和旋转导数.利用该方法对我海军某型舰船模的纯横荡试验进行模拟,并得到了定性结果,为拘束船模实验的CFD方法研究提供了有益的经验.     

驱逐舰操纵性预报

本文用船体、螺旋桨、舵“组合型”数学模型,对一艘驱逐舰船模的操纵性进行了预报。船体的水动力导数和船体、螺旋桨、舵相互之间的流体动力干扰是用船模斜拖试验和旋臂试验确定的。预报采用进退、横漂、首摇和横摇四个自由度的方程,考虑了横摇对水平面运动的耦合影响。计算结果与自航船模试验结果进行了比较。符合情况良好。     

复杂水流环境下系泊船的水动力特性研究

为研究深水码头复杂水流条件下系泊船的水动力特性,利用CFD软件STAR-CCM+对系泊船模型的粘性流场进行瞬态数值模拟,通过求解RANS方程和Realizable k-ε湍流模型获得船舶水流作用力.在无波浪定常流作用下,系泊船姿态最终保持稳定,可用固定船舶近似代替系泊船进行模型简化.在完成网格无关性和数值模型合理性研究...     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法.[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积(VOF)法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性...     

基于MQ插值的变形网格在船舶阻力预报中的应用

在非结构切分网格的框架下,发展了一种基于Multi-Quadric插值的变形网格技术,结合CFD软件STAR-CCM+,采用SST湍流模型,并以VOF法进行自由液面的追踪,将该变形网格技术应用于带附体穿浪双体船的阻力预报中。分别以网格的拉伸变形和斜率变形实现了阻流板和尾楔的边界运动,计算了阻流板高度为4 mm、6 mm和8 mm以及尾楔角度为5°、10°和15°时的工况。计算结果表明,变形网格方法与固定网格方法取得了相同的精度;同试验值相比,在不同工况下变形网格最大平均误差约为6.67%,验证了其可行性。但是,相比于固定网格方法,变形网格方法的计算时耗最大可减少40%,因此采用该变形网格方法可极大地提高带可变形附体的船舶的阻力预报效率。     

50m围网渔船波浪增阻数值模拟

采用STAR-CCM软件,以一条50m围网渔船船模为研究对象,分别计算研究了其约束运动模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船在静水运动中数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高和波长的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了在考虑纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波高和波长的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

基于STAR-CCM+的螺旋桨水动力性能分析

文章运用公式将P4119螺旋桨二维坐标型值转换成三维坐标型值,导入Gambit2. 4软件建立几何模型。基于STAR-CCM+软件对该桨进行网格划分,设置边界条件和数值,仿真模拟不同进速系数下的转矩系数、推力系数、敞水效率和桨叶表面压力分布。经与试验值比较,误差均在10%以内,验证了计算结果的准确性,能够满足工程需要。     

岛礁地形下半潜平台水动力性能研究

文章基于一岛礁实地的地形数据,针对该地形下的半潜式平台进行了水动力及运动响应分析,重点研究了岛礁地形对平台运动响应的影响,并结合模型试验结果进行了对比分析。结果表明应用目前常用的以线性波浪理论为基础的数值方法,通过引入对地形与平台之间的绕射与辐射水动力的干扰计算,可以对岛礁地形下的半潜平台进行水动力和运动分析。研究所得到的岛礁条件下的平台运动响应结果与模型试验值对比较为吻合。     

一种船模和实船试验中的船舶运动测量系统

开发了一套耐波性船模和实船试验中测量船舶运动的系统，该系统由加速度传感器、角速率陀螺和数据分析、处理软件组成。在数据处理过程中，采用一种非线性迭代算法。对该测量系统进行了水池模型试验和实船试验的验证，也利用三自由度运动平台进行了比测，比较结果令人满意。本装置是一种可靠性好、成本较低的船模和实船在波浪中运动测量系统。     

浮体剖面载荷的几种计算方法

水中浮体的剖面载荷计算对于总体强度分析起着至关重要的作用。利用三维势流水动力软件预报浮体的运动及受力响应,以此结果为前提条件,采用三种不同的方法（压力积分法、多体法和广义模态法）。计算浮体的剖面载荷：最后以一个半潜平台结构为算例,并得到三种方法的相互验证。     

Wave load computation in direct strength analysis of semi-submersible platform structures

A wave load computation approach in direct strength analysis of semi-submersible platform structures was presented in this paper. Considering the differences in shape of pontoon, column and beam, the combination of accumulative chord length cubic parameter spline theory and analytic method was adopted for generating the wet surface mesh of platform. The hydrodynamic coefficients of platform were calculated by the three-dimensional potential flow theory of the linear hydrodynamic problem for platform with low forward speed. The equation of platform motions was established and solved in frequency domain, and the responses of wave-induced loads on the platform can be obtained. With the interpolation method being utilized, the pressure loads on shell elements for finite element analysis(FEA) were converted from those on the hydrodynamic computation mesh, which pave the basis for FEA with commercial software. A computer program based on this method has been developed ,and a calculation example of semi-submersible platform was illustrated. Analysis results show that this method is a satisfying approach of wave loads computation for this kind of platform.     

不同海况下小侧体三体船的艏部结构砰击特性

本文运用CFD软件STAR-CCM+建立三体船在波浪条件下的三维砰击模型,采用重叠网格技术结合船舶六自由度系统模拟船体的砰击运动,对不同波高、波长以及不同航速下的船体砰击进行数值模拟,对比分析各工况下船体结构的运动响应和砰击特征。数值模拟结果表明：航速变化对船体砰击压力有显著影响,而波高和波长的变化对砰击压力影响较小但也不可忽视。     

基于STAR-CCM+的V型无压载水船阻力性能研究

为了能从根本上解决压载水带来的问题,研究人员提出了无压载水船的设计方案。采用STAR-CCM+数值模拟法,研究V型无压载水船的阻力性能。通过STAR-CCM+计算26 000 DWT常规油船的阻力,验证STAR-CCM+软件计算阻力的可行性和可靠性;计算系列V型无压载水船的阻力,并研究其随底倾角的变化规律;最后,以球鼻艏的长度和最大宽度为自变量变换球鼻艏,研究球鼻艏的长度和最大宽度对V型无压载水船阻力的影响。结果表明,设计的V型无压载水船总阻力比母型船有所增加,总阻力随底倾角的增加而增加,可通过优化球鼻艏改善V型无压载水船的阻力。研究结果为V型无压载水船的设计提供了一定的参考。