近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。     

水翼增升双体船阻力预报方法研究

本文介绍了作者在对水翼增升双体船的系列船模试验研究的基础上，对水翼和船体的阻力与升力进行了计算与分析，并由此引入了对这种全新船型的阻力计算与预防方法。该方法可以扩展应用至具有相似双体船型参数和不同水翼参数的水翼双体船的阻力预报。     

浅浸矩形水翼升力的理论计算与试验

本文讨论浅浸矩形水翼升力的问题。如果已知机翼的升力系数 C_(L∞),则水翼的升力系数 C_L=KC_(L∞)。为了简化计算在计算方法中只讨论计算 K 的方法。文中首先用已有的简单方法进行了计算分析。结果表明在速度较高时可以忽略重力的影响,在浅浸深时弦长与翼厚都是必须考虑的因素。其次导出了浅浸矩形水翼升力的计算方法。导出公式的主要假定是(1)水翼上下表面对升力的贡献可以分别考虑。水翼上表面对升力的贡献受自由面影响,下表面对升力的贡献不受自由面影响。(2)水翼运动速度投高可以忽略重力的影响。在计算上表面的自由面修正因子 K 时,采用升力面方法。计算时首先论证了Π形涡沿展向分布对 K 没有贡献,在弦向只须布置四个Π形涡就足够。所以用布置在弦向的四个Π形涡来计算水翼上表面的 K。最后进行了相对厚度=0.1,展弦比 AR=6,10;=0.06,AR=4,6等四个方案圆背形剖面矩形水翼的升力试验。试验结果表明在浅浸深时零升力角随浸深有很大改变,并导出了水翼展弦比的修正方法。把试验结果经展弦比修正后制成计算=0.1与=0.06圆背形矩形水翼升力系数的诺莫图。计算其它厚度水翼的升力,可用上述二厚度水翼的结果线性插入。     

三维近自由表面水翼升力线理论

文章将普朗特的升力线理论扩展到自由表面下的三维水翼升力分析问题。二维水翼升力计算采用奇点分布法,三维水翼升力采用普朗特的马蹄涡叠加法,得到了三维水翼升力线计算理论。并且都考虑了自由表面的影响。在算例中,针对不同的潜深和翼弦长度,给出了升力系数和潜深弗汝德数的关系。其计算结果与其他文献所给的结果相比吻合得很好。     

基于均相流输运模型的二维水翼空化模拟

基于均相流输运模型对NACA661-012型水翼进行了空化数值模拟,计算了不同空化数K和不同攻角α下的升力系数与阻力系数.从流场、压力场和边界层的变化分析了空化的产生发展对水翼升力和阻力的影响.当攻角α大于8°以后,空化流动的不稳定性增强,空泡呈现出周期性的生长溃灭,并伴有升力系数和阻力系数的周期性波动.计算结果与实验进行了对比,结果吻合较好.     

双体水翼船水翼连接结构分析

本文从结构静力响应出发，将双体水翼船水翼及支柱简化成力学模型，用有限元法计算水翼及支柱的应力，校核其强度及稳定性，并给出了水翼、船体与支柱的连接形式。     

一种计算水翼水动力的三维面元法

本文用Rankine奇点面元法计算了深、浅水中三维水翼的定常升力绕流。水翼的厚度和升力效应分别以水翼表面分布的Rankine源和法向偶极子来模拟，在自由表面上也分布Rankine源，通过满足相应的边界条件和尾缘处的Kutta条件求出这些奇点强度。以在自由表面下作小攻角定常运动的水翼为例进行了计算，计算结果与试验结果和其他计算结果作了比较。     

液氮绕水翼低温空化流数值模拟(英文)

为研究低温空化流场特性,考虑液氮的热力学参数和空化时两相间的能量交换,利用数值模拟方法对液氮绕水翼低温空化特性进行了分析。基于均质多相流模型,采用Zwart空化模型对液氮绕水翼低温空化流进行稳态计算,修正了Zwart空化模型中蒸发和冷凝系数,给出了水翼表面压力、温度及空化强度的分布。数值结果同采用Schneer-Sauer空化模型计算的结果进行了比较。水翼表面压力和温度的数值结果与Hord实验数据吻合较好,验证了数值模拟的有效性。     

后掠水翼水动力计算的升力面方法

本文在文献的基础上,进一步提出预测后掠水翼水动力性能的升力面计算方法。该方法的特点是用沿翼弦离散布置的一组展向涡线来模拟水翼,而在水翼的展向,每根涡线上的涡量采用连续分布,并在计算中将其展开为正弦级数。计算示例表明,本方法计算时间省,精度高,对预测水翼的升力和诱导阻力有实用价值。     

Simulation of Liquid Nitrogen around Hydrofoil Cavitation Flow

为研究低温空化流场特性,考虑液氮的热力学参数和空化时两相间的能量交换,利用数值模拟方法对液氮绕水翼低温空化特性进行了分析.基于均质多相流模型,采用Zwart空化模型对液氮绕水翼低温空化流进行稳态计算,修正了Zwart空化模型中蒸发和冷凝系数,给出了水翼表面压力、温度及空化强度的分布.数值结果同采用Schneer-Sauer空化模型计算的结果进行了比较.水翼表面压力和温度的数值结果与Hord实验数据吻合较好,验证了数值模拟的有效性.     

进水口流动对水翼组合体水动力影响的试验研究

为研究进水口流动对水翼组合体水动力的影响，开发了一套专用试验装置，可测量进水口位置和流量对水翼组合作升力和阻力的影响。试验获得了七种进水四位置的水翼组合体升力和阻力与进水口流量的关系。试验结果表明，进水口位置影响明显，一般地，进水口位于水翼压力面一侧有利于提高水翼组合体的升阻比。     

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。     

三维水翼升力线理论(英文)

Prandtl’s lifting line theory was generalized to the lifting problem of a three-dimensional hydrofoil in the presence of a free surface. Similar to the classical lifting theory, the singularity distribution method was utilized to solve two-dimensional lifting problems for the hydrofoil beneath the free surface at the air-water interface, and a lifting line theory was developed to correct three-dimensional effects of the hydrofoil with a large aspect ratio. Differing from the classical lifting theory, the main focus was on finding the three-dimensional Green function of the free surface induced by the steady motion of a system of horseshoe vortices under the free surface. Finally, numerical examples were given to show the relationship between the lift coefficient and submergence Froude numbers for 2-D and 3-D hydrofoils. If the submergence Froude number is small free surface effect will be significant registered as the increase of lift coefficient. The validity of these approaches was examined in comparison with the results calculated by other methods.     

基于多目标粒子群算法的翼剖面优化设计

船舶桨舵等装置均有水翼剖面组成,为了得到水动力性能更好的桨舵装置,需要对水翼进行优化设计。基于iSIGHT优化平台,采用粒子群优化算法,以保证水翼剖面升阻比和改善水翼表面压力分布为优化目标,进行多目标水翼优化。通过改变水翼剖面的拱度分布和厚度分布进行优化设计。优化后得到的最优剖面相对于原始剖面,明显增加了剖面的最小压力系数,并适当提高了升阻比,从而提高了水翼剖面的空泡性能和升力性能。因此,验证了利用多目标粒子群算法进行翼型优化设计的可行性。     

二维水翼流体力学反问题的数值模拟

水翼(机翼)的反设计一直是人们研究的热门课题,本文对定常反问题进行了研究.将翼型NACA2412作为计算对象.首先给出翼型的下半部形状,以及上表面的从正问题中计算出来的速度分布.在变分原理的基础上,用有限元方法对水翼进行了数值计算.结果表明,本文理论正确,方法可行.     

单体小水线面水翼复合型高速船翼航状态稳性研究

研究了单体小水线面水翼复合型高速船翼航状态的稳性原理。运用水翼艇的有关算法,推导了该船型翼船状态复原力矩的计算方法,讨论了不同水民办型式及升力与浮力的不同比例对其翼航状态稳性的影响,为该船型的研究和设计提供了依据。     

消波水翼和压浪板对高速圆舭艇航态与阻力的影响

应用大展弦比滑行面理论和近水面短翼理论建立了安装在高速圆舭艇上的消波水翼、压浪板升力计算方法,据此研究了消泼水翼、压浪板引起的艇航态变化及其对阻力的影响。理论计算结果与模型试验结果的比较验证了所提计算方法的实用性。     

The effect of finite depth on 2D and 3D cavitating hydrofoils

The iterative numerical method that has been developed for cavitating hydrofoils and surface piercing bodies moving inside a numerical towing tank is modified and extended to the case of fully submerged, both two- and three-dimensional cavitating hydrofoils in water of finite depth, and the effects of subcritical speed, critical speed and supercritical speed are investigated in detail. The iterative numerical method based on Green’s theorem allows separating the cavitating hydrofoil problem, the free surface problem and finite bottom problem both in two and three dimensions. The cavitating hydrofoil surface, the free surface and the surface of finite bottom are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the hydrofoil surface, a dynamic condition is applied with a cavity closure condition on the cavity surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream and transverse boundaries. The source strengths on the bottom surface are zero because of vanishing normal velocity. The method is applied to 2D and 3D cavitating hydrofoils, and the effect of finite bottom on lift and drag coefficients, cavity number and wave elevation is investigated.     

局部空泡水翼性能研究

空泡对水翼的水动力特性具有重要的影响,使用数值模拟方法研究空泡特性及其机理有着广泛的工程应用价值。对二维NACA翼型的模拟结果表明,基于势流理论的边界元积分方法适用于局部空泡水翼的性能研究,翼型几何参数变化对空泡长度和升力性能均有显著影响,在水翼设计与使用过程中必须对空泡发生与变化给予充分关注。     

水翼—喷水推进组合系统模型试验研究

本文简要地介绍了新研制的水翼—喷水推进组合系统模型试验装置的结构组成、工作原理和用途，阐述了进行水池试验的合理程序，并以PS－30喷水推进自控水翼客艇的尾水翼—喷水推进组合系统为对象进行了试验，获得了进口流动对水翼组合体水动力影响的规律以及可用于航速预报的净推力特性。多次试验证实，所开发的试验装置和试验技术是成功的，确是研究水翼组合体与喷水推进相互影响的有效试验手段。