水陆两栖飞机船体线型优化设计与试验验证

针对基于CFD方法的水陆两栖飞机船体线型优化可行性的问题,根据MVP水陆两栖飞机的线型资料设计得到一个带鳍式浮筒的水陆两栖飞机初始线型,并使用STAR-CCM+软件对飞机的单船身模型进行静水面滑行仿真,计算得到模型在各个速度下的水阻力、纵倾角及升沉,对该型飞机的水阻力性能和稳定性进行分析改进及优化计算,并将优化计算结果与模型试验进行比对。分析结果显示,最终优化后的模型水阻力系数较原型减小0.4,滑行稳定性得到较大提升,数值计算结果与试验值高度吻合,且计算云图中呈现的流动现象与实际试验也具有良好的一致性。仿真计算结果与试验值的对比表明,采用所提出的方法进行水陆两栖飞机船体线型优化设计可行。     

基于多块结构网格的滑行艇巡航时流场研究

滑行艇是一种依靠动升力高速航行的船体,其流场复杂。为了捕捉滑行艇航行的流场特征,本文根据滑行艇的流场梯度变化建立合适的结构网格,采用RANS结合VOF方法对滑行艇不同航速的运动进行数值模拟,将不同体积傅汝德数下的滑行艇阻力的计算值与理论值和试验值进行对比,验证了数值方法的可靠性。详细分析了滑行艇航行的流场,包括水面兴波、方尾虚长度以及侧向喷溅现象。最后根据滑行艇的流场完整性,设计了外挂对转桨,并给出了自航滑行艇的流场特性。     

水陆两栖飞机波浪水面滑行水动特性研究

采用边界造波法对规则波进行了数值模拟并加以验证，结果表明数值模拟得到的波浪在波长、波高以及周期等主要波浪参数方面具有良好的精度。采用有限体积法与VOF方法，并结合重叠动网格技术，分别模拟了不同滑行速度以及不同浪向角情况下，水陆两栖飞机在波浪水面上的滑行过程，计算结果表明：飞机滑行速度越大，水动载荷的变化幅度越大，飞机垂向过载的最大值越大，飞机垂向位移和纵倾角的变化幅度越大，变化周期越长；飞机最好在尾斜浪或顺浪的状态下滑行，能够在一定程度上减小飞机垂向过载、垂向位移和纵倾角的波动。     

着水姿态对大型水陆两栖飞机着水性能的影响

针对着水姿态对水陆两栖飞机船体着水性能的影响,通过单船身(机身)模型着水试验与仿真,分析着水载荷和运动响应,单船身模型可排除气动力及复杂的水面效应等因素引起的试验与仿真的差异。结果表明仿真与试验结果一致性较好,压力分布满足设计要求;初始姿态角对压力分布及加速度的时历变化影响不大,但艉部着水前期姿态角会出现减小的现象;加速度和姿态角峰值随着初始姿态角的增大会出现明显的波谷型变化。综合看来,该型水陆两栖飞机着水性能在6°-8°姿态角范围内较优,7°最佳。     

滑行艇纵向运动响应与静水航行数值模拟分析

运用CFD软件FLUENT,采用动网格技术,通过编制的运动预报程序求解耦合运动方程,比较滑行艇排水航行、过渡航行、滑行三种不同状态下航行姿态及周围流场情况,分析了滑行艇响应运动过程中重心位置及纵摇角度的变化,并展开对应工况下滑行艇以固定姿态不涉及动网格技术的静水直航数值模拟,将计算结果与运动响应结果比较分析.得出了滑行艇由排水航行状态过渡到滑行状态底部动压力变化.为关于滑行艇水动力性能的研究提供了可靠的计算研究模型.     

滑行艇波浪中运动性能试验研究

为了探究自主开发的滑行艇耐波性能,在拖曳水池中进行该滑行艇模型不同航速下的静水阻力试验、不同航速下变波长顶浪规则波试验与对应不同海况的不规则波试验,试验过程中记录阻力值和纵向运动响应值。对试验结果处理分析后发现:在排水体积傅氏数Fr=3.713时,滑行艇在5倍于船长的波长附近具有强烈的运动响应,出现了抨击和出水现象;与传统深V滑行艇相比,短波中该滑行艇具有更小的运动响应,滑行艇阻力增值较深V滑行艇有所减小;垂荡响应与航速与波高具有较好的线性关系,纵摇响应航速与波高具有弱非线性。     

滑行艇波浪中运动性能试验研究

为了探究自主开发的滑行艇耐波性能,在拖曳水池中进行该滑行艇模型不同航速下的静水阻力试验、不同航速下变波长顶浪规则波试验与对应不同海况的不规则波试验,试验过程中记录阻力值和纵向运动响应值。对试验结果处理分析后发现:在排水体积傅氏数Fr=3.713时,滑行艇在5倍于船长的波长附近具有强烈的运动响应,出现了抨击和出水现象;与传统深V滑行艇相比,短波中该滑行艇具有更小的运动响应,滑行艇阻力增值较深V滑行艇有所减小;垂荡响应与航速与波高具有较好的线性关系,纵摇响应航速与波高具有弱非线性。     

混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的应用

为探讨适用于滑行艇全航速段数值模拟的网格划分方法,本文采用CFD技术研究了混合网格在滑行艇阻力数值模拟中的适用性,采用了不同数量的混合网格对滑行艇粘性绕流场进行了数值模拟,对阻力进行了计算,并且对比了不同网格数量对计算结果的影响,分析了其中的原因,得到了适用于滑行艇阻力数值计算的混合网格。在此基础上采用所得到的网格划分方式对滑行艇全航速段进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

基于重新建模法的滑行艇阻力数值计算

针对采用重叠网格法对滑行艇阻力数值计算时,采用不同子域的方式会增加网格数量,且在2套网格交接位置通过插值实现数据交换会引入额外的误差,从而导致计算精度和计算效率不高的问题,引入动态边界实现的网格方法,即重新建模法。借助计算流体动力学(CFD)软件STARCCM+,分别采用2种网格方法对一模型尺度滑行艇进行数值模拟,通过对试验结果进行对比和不确定度分析,对数值方法进行确认和验证。在此基础上,采用重叠网格方法和重新建模法对不同航速滑行艇进行绕流场数值模拟。并进行阻力和航态数值结果对比。结果表明,与重叠网格方法相比,重新建模方法的计算精度和计算效率均所有提高。     

数值波浪水池与排水型高速船波浪增阻计算方法研究

基于CFD技术对三维数值波浪水池以及排水型高速船波浪增阻进行计算研究。采用在水池入口处模拟波浪速度的方法造波。水池尾部采用人工阻尼结合稀疏网格消波,自由面采用VOF方法处理,采用动网格技术结合运动控制程序模拟船舶的纵摇与升沉运动。对规则波中迎浪前进的Wigley III船模和Model 5b船模纵摇与升沉运动以及波浪增阻进行计算并与试验值进行比较、分析,为排水型高速船波浪增阻的计算提供参考。     

迎浪规则波中高速滑行艇运动响应数值预报与分析

为准确计算滑行艇在波浪中的水动力性能,基于粘性理论,采用随体网格技术、耦合求解运动方程,完成了滑行艇在迎浪规则波中运动响应的数值预报.对滑行艇运动响应结果采用时域和频域方法分析,给出了入射波的周期与滑行艇固有频率对滑行艇运动响应的影响分析结果,对数值计算值与模型试验值进行比较.结果表明,数值计算方法可以准确且高效预报滑行艇在波浪中高速航行时的运动姿态及水动力特性,为滑行艇设计提供指导和参考依据.     

基于动网格模型的两栖车辆数值模拟

采用弹簧近似法和网格局部重构法相结合的非结构动网格技术,利用水动力模型耦合6自由度刚体运动和自由水面进行数值模拟,计算两栖车辆的水动力特性。研究结果表明,动网格模型对求解三维流固耦合问题有效,运用数值方法分析两栖车辆水动力特性、预测航速航姿是有效的两栖车辆水上性能的设计方法。     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力研究

为研究滑行艇的航行阻力问题,首先建立滑行艇的几何模型,然后基于STAR-CCM+软件对其运动进行数值模拟。获得滑行艇航行时阻力随航速的变化规律,并将数值计算结果与试验值进行比较,得到的计算结果与试验值数据基本吻合。证明了在STAR-CCM+中能够有效模拟滑行艇运动的阻力性能,该方法对于文中的实例具有较高的准确性,可为滑行艇阻力的预报提供参考。     

基于重叠网格方法的船舶迎浪增阻与运动数值预报

基于粘性流CFD软件建立了三维数值波浪水池,并对带舵的KCS船模在静水和5个不同波长的规则波中航行进行数值模拟。文中采用入口处模拟波速的方法造波,消波方法运用强迫消波技术(Wave Forcing),并利用VOF方法追踪自由波面的变化,在数值水池中成功模拟了波浪的生成与传播;最后结合重叠网格方法对KCS船模迎浪增阻与运动响应进行数值计算,并将计算结果与试验数据进行对比分析,吻合良好,为今后准确预报舰船在波浪中的增阻和运动响应提供参考。     

水面滑行艇的流场与流噪声数值计算与研究

水面滑行艇受到附近的水流场的影响较大,航行过程中的阻力大小关系到水面滑行艇动力控制。如何提高滑行艇的推进效率及航行速率是研究动力系统的重要领域,其关键是通过数值模拟建立附近的水流场模型;同时,流噪声影响滑行艇的声波传输,使携带的武器装备性能降低,需要过滤流噪声数据。本文研究了水面滑行艇水流场及流噪声数学模型,结合RNG k-ε方程分析了流场及流噪声数值变换,最后对水面滑行艇流场及流噪声进行数值计算并分析结果。     

某全地形车水上运行阻力仿真

为研究全地形车水上行驶性能,应用计算流体力学(CFD)理论,利用流体计算软件STAR-CCM+进行水上绕流场和运行阻力预报,并结合相关试验数据证明了模拟的可靠性.选用SST湍流模型、流体体积法(VOF)和非稳态模型对车体绕流场进行数值模拟,得到全地形车在最大设计吃水深度,以最高设计速度航行的行驶阻力、浮力及兴波特性,为水陆两栖全地形车减少阻力、优化外形,提高最大承载能力提供了方法参考.     

基于重叠网格的水陆两栖飞机静水滑行模拟

为探讨STAR-CCM+仿真软件处理水面飞行器在静水面滑行问题的可行性,采用重叠网格和欧拉VOF方法追踪气液二相交界面的动力学特性,获得相应的水动力性能,并将仿真计算结果与模型静水面滑行试验结果进行对比。结果表明,仿真结果与试验值吻合度较高,计算所捕捉到流场信息与实际试验现象呈现出了良好的一致性。从定性和定量的角度验证计算结果的可靠性,说明使用STAR-CCM+软件基于重叠网格方法进行水面飞行器静水面滑行仿真是可行的。     

影响滑行艇阻力数值计算的网格因素研究

为了获得有效的滑行艇阻力数值计算方法,采用粘性流体力学软件STAR CCM+,根据结构网格特点分别探讨了船体表面第一层网格节点高度、船体表面网格尺度以及流域网格节点分布系数三个因素对滑行艇阻力计算精度、收敛速度以及计算稳定性的影响。通过把不同网格划分方法所得到的数值结果与模型试验结果进行比较,确定了适合滑行艇阻力计算的网格参数。利用得到的网格方案对多种航态滑行艇阻力进行计算,计算结果与试验值的符合情况良好。     

船舶浅水航行下沉量和纵倾的数值计算

基于CFD方法对船舶浅水航行航态变化问题进行研究。通过同时求解RANS方程和刚体运动学方程对船舶浅水航行流场进行数值模拟,并根据浅水流场空间受限的特点,采用三种动网格相结合的方法,解决船舶在浅水中航行时航态变化的网格更新问题,在数值模拟中还考虑了螺旋桨旋转的影响。文中以S60船模(Cb=0.6)为对象,计算了其浅水航行的下沉量和纵倾值,计算结果与船模水池试验数据对比,吻合良好。     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.