基于物理规律的气垫船气液介质仿真系统

针对全垫升气垫船气液介质复杂场景实时再现仿真需求,基于粒子系统原理和OSG(Open Scene Graph)渲染平台,考虑气垫船近场波浪高程模型、气垫船垫升系统压力及流量仿真模型和气垫船气流场的特点,提出一种基于多模型的气垫船航行时气液介质特效仿真框架和实现方法。搭建该技术的体系结构和实现流程,解决不同开发环境下建立的异构模型的仿真问题,并通过仿真模拟计算验证该技术的可行性和正确性。仿真结果符合气垫船航行时的气液介质外形特征、作用范围及气液介质产生的随机性和规律性特征,能快速、逼真地实现气垫船航行时气液介质的视景特效,有助于增强气垫船模拟训练的效果。     

基于MATLAB/SIMULINK的气垫船动力系统仿真研究

开展气垫船动力系统仿真是研究气垫船动力系统动态性能的重要手段.建立了某型全垫升气垫船推进、垫升系统及船体的数学模型,采用系统仿真的方法,建立了基于MATLAB/SIMULINK仿真平台的仿真模型.通过选择典型工况和参数设定值对仿真模型和程序进行校核和调试,并以此仿真模型对几种典型工况的动态性能进行了仿真计算.研究结果可为该型船动力系统的设计、试验和使用提供参考.     

典型工况下的全垫升气垫船总强度评估方法

全垫升气垫船是一种特种的高性能船舶,具有优越的适应性与快速性,由于其特殊的运行方式和使用需求,使得它们的结构形式多样、内部结构层次繁多,目前还没有一套完全成熟的规范和准则来评估气垫船结构强度,且单纯依靠规范计算进行气垫船结构设计亦很难满足其结构强度要求。本文根据全垫升气垫船结构特点,针对其垫升航行和排水航行2种典型运行状态,在对气垫船载荷分量的确定方法及加载方式分析的基础上,通过基于等效设计波法的直接计算法对气垫船总强度校核方法进行研究,为全垫升气垫船总强度评估提供了有效的技术支撑。     

基于SIMULINK的气垫船垫升推进控制系统仿真

气垫船垫升推进系统是一个复杂的非线性系统.在气垫船的航行过程中,应严格控制动力涡轮转速,这对它的垫升稳定性非常重要.本文应用SIMULINK仿真平台对该系统进行建模,并对其采用了复合控制.针对螺旋桨螺距角的变化,给出了该系统的动态仿真结果.     

基于模型试验的气垫船低速破冰机理研究

为探索气垫船低速航行时的破冰机理,在低温拖曳冰水池中开展了系列模型试验研究.在模型试验中,以一艘内河自航气垫破冰船为原型,分别基于弗汝德和柯西相似准则建立了合理的模型试验相似体系.结合原型结构信息和实验室条件,确定了适当的模型比尺,从而加工制作了与原型结构相似的气垫船模型.气垫船模型同样由垫升风机、气道结构、支撑结构和围裙结构四部分组成.在各组试验中,调节气垫船模型的垫升高度,在试验拖车驱动下以相同的航速穿过模型冰排,并在试验过程中使用测力传感器和压力传感器测量结构的航行阻力和垫升压力.通过细致观察气垫船模型与模型冰排的相互作用过程,结合测得的航行阻力和垫升压力,解析了气垫船的破冰过程,揭示了气垫船在低速航行时破冰的关键机理.通过试验发现,气垫船只有达到一定吃水深度时才能有效破冰.气垫船低速航行时的破冰机理是在冰下形成稳定的气腔,促使冰排在上部结构和下部高压气体的共同作用下发生弯曲破坏.     

气垫船操纵性能理论分析

研讨了全垫升气垫船垫态航行时的操纵性.利用所建立的气垫船六自由度仿真系统和航向保持控制系统使气垫船进入稳定直航后,进行了操舵回转特性和螺距差回转特性仿真试验研究,并进行了验证气垫船直线稳定性的回舵试验和航向保持能力的Z形机动试验.最后,对仿真试验结果进行了详细分析,并对气垫船的操纵特点进行了论述.     

艏喷管在全垫升气垫船上的设计与应用

全垫升气垫船垫态航行时,船体下部围裙形成的高压气垫将船几乎托离于运行表面,依靠空气螺旋桨向前推进。此时,阻尼小且低速时舵效差,抗侧风能力差且低速操纵性不佳。这是全垫升气垫船的不足之处,尤其在狭窄多湾河道和多风环境下使用时,该缺点尤为明显。为此,文中从气动力设计、装置实现及操控性等方面,系统研究了独立风机供气的艏喷管在气垫船上的设计与应用,后期的样艇航行试验也证实了装备的艏喷管已达到设计目标。     

全垫升气垫船航行安全特性分析及思考

针对全垫升气垫船在航行中易产生侧漂、甩尾、低头埋首、甚至大幅横倾等危险进行航行特性分析,提出了建立航行稳定的边界与安全驾控的措施,并针对气垫船大型化发展,提出从围裙技术、驾控技术等方面开展深入研究,采取必要措施,提高气垫船的使用安全性。具有一定指导价值。     

气垫平台雷击时电磁仿真分析

气垫船垫态航行时,船体与海水绝缘,遭受雷击时所引入的巨大电磁能量将足以损坏气垫船上的电子设备。文中采用全垫升气垫通用平台进行建模,采用成熟先进的商用电磁仿真软件,对雷击海况下气垫通用平台在"垫升"、"完全连接海面"和"部分连接海面"这三种状况下的电场与磁场环境进行仿真计算和分析,并对"部分连接海面"这一措施进行评估。     

介绍两本船模书籍

《震惊世界的船模》本书介绍现代舰船中高性能的新船型,具有优良的航行性能,有滑行艇、水翼船、侧壁气垫船、全垫升气垫船、垫气船、冲翼艇、气翼艇、双体船、小水线面船等新船型。本书内容新鲜,文字生动有趣,有发明故事,有战例,可帮助读者打开视野,促进船模     

全垫升气垫船内部流场的数值模拟与改进

应用计算流体力学(CFD)方法对全垫升气垫船气囊内部的气动特性进行数值模拟计算,获得了气囊内的三维流场分布.其中的关键问题是气囊的排气孔壁面的处理,文中采用了多孔介质模型进行近似,针对气囊前后端压力不平衡的问题,分别采用在进气道内设置导流叶片和在气囊通道中设置隔断两种方法使压力趋于平衡,并通过数值试验找出其最佳位置.此外,文章还对实船相似设计的合理性进行了讨论.     

无鼓风机侧壁式水翼气垫船

提出一种无鼓风机侧壁式水翼气垫船,巧妙地将水翼船和气垫船的功能原理结合起来,在航行时,船体底部能够有效形成高压气垫,同时由于船底后部水翼的作用,既具备了传统水翼船、气垫船航行时水的阻力小、航行速度快的优点,同时克服传统水翼船载重小、翼板材料要求高及传统气垫船能耗高、噪音大、稳定性差的缺点。船底设计成平底,相比传统尖底船,航行更平稳、不容易倾翻。此外,它省去了传统气垫船所要的鼓风机,大大降低成本,减少噪音,节约近50%的垫升能耗。     

虚拟样机技术在气垫船推进系统特性研究中的应用

由于气垫船的结构特点,传统的研究方法不适于气垫船推进系统特性研究.本文将现代虚拟样机技术引入气垫船推进系统特性研究中,对气垫船船体和轴系建模及船体-推进系统的耦合方法进行了比较研究.并应用本文提出研究方法,对某型气垫船推进轴系进行了动态支承力的仿真研究.     

Modelling multiple yacht sailing interactions between upwind sailing yachts

An approach for enhancing the realism of yacht fleet race simulations based on a lifting line method is developed. The wake of an upwind sailing yacht is represented as a single heeled horseshoe vortex and image system. At each time step, changes in vortex strength are convected into the wake as a pair of vortex line elements. These subsequently move in accordance with the local wind, the self-induced velocity and the velocity induced by the presence of the wakes of other yachts. In addition, the lifting line model has a model for the viscous wake due to the drag associated with the yacht and its sails superimposed on it. A synthesis of sail yacht wake representations based on detailed 3D Reynolds-averaged Navier–Stokes computational fluid dynamics calculations with wind tunnel test results is used to capture the initial strength of the combined main-jib vortex system and its vertical height. The implementation of the lifting line algorithm within Robo-Race, a real-time yacht race strategy analysis tool, is described. Two upwind race interaction case studies are presented, and these show that the newly implemented wake model makes an important contribution to enhancing the realism of the sailing simulation.     

气垫船垫升推进系统控制仿真

以某型气垫船的动力系统为对象,建立了垫升推进系统的数学模型及船体的运动学模型,并以SIMULINK为平台对该系统进行了仿真建模[1],在此基础上,通过对系统动态特性的分析,对该系统进行了简单PID控制器和串级PID控制器的设计,并分别对两类控制系统进行了动态仿真和比较分析.仿真结果表明,串级PID控制系统较简单PID控制系统具有更为优越的动态性能,能较好地保证气垫船的垫态稳定性,以满足工程要求.     

基于势流理论的船舶操纵水动力分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,以无界流场势流理论为基础,采用边界元法,对目标Wigly船在斜航运动状态下的流场速度和转首力矩进行计算。分析了斜航时船舶周围流场的分布规律,研究了转首力矩随船舶漂角的变化规律。结果表明,该研究对预报斜航时船舶的运动规律具有较好的应用前景。     

Finite-volume simulation method to predict the performance of a sailing boat

 A flow-simulation method was developed to predict the performance of a sailing boat in unsteady motion on a free surface. The method is based on the time-marching, finite-volume method and the moving grid technique, including consideration of the free surface and the deformation of the under-water shape of the boat due to its arbitrary motion. The equation of motion with six degrees of freedom is solved by the use of the fluid-dynamic forces and moments obtained from the flow simulation. The sailing conditions of the boat are virtually realized by combining the simulations of water-flow and the motion of the boat. The availability is demonstrated by calculations of the steady advancing, rolling, and maneuvering motions of International America's Cup Class (IACC) sailing boats. Received: December 25, 2001 / Accepted: March 26, 2002     

高速滑行艇在规则波中运动的RANSE数值模拟(英文)

This paper presents a study on the numerical simulation of planing crafts sailing in regular waves. This allows an accurate estimate of the seas keeping performance of the high speed craft. The simulation set in six-degree of freedom motions is based on the Reynolds averaged Navier Stokes equations volume of fluid (RANSE VOF) solver. The trimming mesh technique and integral dynamic mesh method are used to guarantee the good accuracy of the hydrodynamic force and high efficiency of the numerical simulation. Incident head waves, oblique waves and beam waves are generated in the simulation with three different velocities (Fn =1.0, 1.5, 2.0). The motions and sea keeping performance of the planing craft with waves coming from different directions are indicated in the flow solver. The ship designer placed an emphasis on the effects of waves on sailing amplitude and pressure distribution of planing craft in the configuration of building high speed crafts.     

气垫船模围裙振动平台试验与理论研究

结合气垫船模围裙振动试验平台项目,用L abV IEW语言开发了该试验平台的测试系统,并测得某中型气垫船相应船模的升沉、纵摇与横摇的频率响应。利用传递矩阵的形式推导了耐波性计算公式,对该船模相应实船进行理论计算,验证了气垫内空气可压缩性对该类大中型气垫船升沉运动响应的重要性。同时分析了实船计算结果与振动平台试验值之间存在差别的原因。