CFD在潜艇操纵性水动力工程预报中的应用研究

潜艇操纵性的设计预报基础是潜艇操纵性水动力的预报.基于潜艇线型几何参数的工程实用预报方法,在潜艇操纵性方案选型和水动力布局优化设计中显得尤为重要.本文探讨CFD在潜艇操纵性水动力预报方面的应用能力和预报精度,并应用七参数线型模型、采用均匀设计试验方法,设计了一个系列28条潜艇主体类水滴型模型,通过数值模型试验和回归分析,提出了潜艇主体操纵性水动力的估算公式,具有良好的应用前景.     

高耐波隐身船型设计

具有优良耐波性和隐身性的舰船是当前世界各海军强国舰艇平台技术研究的重要发展趋势。以往舰艇的雷达波隐身设计主要是对上层建筑和舰面设备进行外形隐身设计,对主船体很少进行雷达波隐身设计,主要是因为主船体的隐身设计可能会影响其航行性能。为进一步提高舰船的隐身性和耐波性,本文以几千吨级舰艇为对象,在对船体进行隐身设计的基础上,以深V船型作为设计船体水线以下部分的基础线型,通过对底升角、首部吃水、尾部形状、长宽比和底面的凹凸进行优化,对比在不同情况下的耐波性和阻力,对船舶运动及水动力性能进行分析,提出了一种适用于未来隐身水面舰艇的高耐波性船型。     

影响排水型舰船回转性的因素分析

在舰船设计中采用尾部加装呆木设计,通常是为了改善舰船的航向稳定性,但这样势必会影响到舰船的回转性能,鉴于此,希望通过试验研究来探讨采用合适的呆木形式,以达到提高和改善舰船的回转性能之目的。     

喷水推进船舶航向稳定性分析

喷水推进是一种船舶推进方式,喷水推进器依靠进流与出流的动量差产生推力,会对船体周围的流动产生显著影响。基于裸船体计算得到的操纵性水动力系数与喷水推进器工作状态下得到的预报之间存在差异,这将影响船舶操纵性的预报。研究项目利用平面运动机构(PMM),分别开展带喷水推进装置的船舶操纵性水动力系数模型试验和相同工况下的裸船体试验,对比各项操纵性水动力系数的变化情况,总结出喷水推进装置对船舶航行稳定性的影响,找到关键的影响因素,为深入探究喷水推进器进出流动对船舶操纵性能的影响打好基础。     

喷水推进船操纵性水动力导数影响的试验研究

采用数学模型进行船舶操纵性模拟是常用的方法，但喷水推进船航速高、回转时横倾大，还会出现侧滑现象，有必要开展操纵性水动力影响的研究。论文采用大振幅平面运动机构开展了高速单体喷水推进船的斜航、纯横荡和纯摇首运动的模型试验，在不同航速下对带有喷水推进的船体和裸船体进行水动力测试，分析了与上述运动相关的水动力导数。试验表明，高航速引起的船舶升沉和纵倾等运动姿态较大的变化以及喷水推进作用下船体产生的“虚尾”，使操纵性水动力导数受到很大影响。还发现该船在两个试验航速下都不具有航向稳定性，在总体设计时需要考虑初始尾倾，以消除喷水推进产生的不利影响，必要时需增加呆木或稳定鳍，用于改善航向稳定性。     

沪东型巴拿马油轮船型研究

介绍沪东型巴拿马油轮在国际航运市场上的需求情况和船舶主尺度分析,船体设计以及航运经济性,接着介绍该船体线型优化设计;设计了两个球 球尾线型,在上海船研所拖曳水池分别进行船模阻力、自航试验及尾部伴流场测试和尾部节能装置节能试验研究。     

大型公务船尾部墩木布置研究

文章研究了在船台上轴系对中时,某大型公务船尾部分水踵下墩木布置方案。采用有限元法,对比分析了不同边界条件下计算结果的差异性,讨论了尾部墩木布置的数目以及材料特性对墩木强度和船体尾部变形的影响。计算结果表明:在合适的位置适当增加尾部墩木数量有利于支反力的均匀分布;而提高尾部墩木的刚度有利于船体尾部的变形控制。根据计算结果提出优化的墩木布置原则,以保证建造过程中船体结构和墩木的安全。     

高速舰船操纵性仿真研究

舰船操纵性响应方程在操纵性仿真、控制及理论研究中的日益扩展。高速舰船的操纵性与普通舰船有显著不同，其中之一是旋回过程中会产生较大的横倾。从舰船操纵性研究的角度出发，分析了横倾对高速舰船水动力导数的影响，并提出了计入该影响的方法，提高了高速舰船操纵性计算精度。据此，应用响应方程进行了旋回运动的计算机仿真，仿真结果是令人满意的。     

浅水域对瘦长型舰船操纵性的影响

研究浅水对瘦长型舰船操纵的影响是舰船航行操纵的一项重要课题。根据势流理论，以某型船舶为仿真实体，基于不同船体网格模型。采用MSC—Patran对船体进行网格划分，进行了浅水域的操纵性计算与仿真.所得结果能够较好反映瘦长型船舶在浅水域的操纵特性，     

呆木对供应船线性水动力导数影响的研究

以供应船为研究对象,采用CFD商用软件FLUENT,结合动网格技术对平面运动机构(PMM)试验进行了数值模拟,得到不同呆木面积所对应的船舶水动力,进而获得相应的线性水动力导数,并分析了数值计算结果的合理性,得出水动力导数随呆木面积变化的趋势图。该结论可以为供应船舶操纵性能预报以及呆木设计的研究提供一定的参考。     

Dynamic interaction of parallel moving ships in close proximity

Nowadays,there are many studies conducted in the field of marine hydrodynamics which focus on two vessels traveling and floating in sufficiently close proximity to experience significant interactions.The hydrodynamic behavior of parallel moving ships in waves is an interesting and important topic of late.A numerical investigation has been carried out for the prediction of wave exciting forces and motion responses of parallel moving ships in regular waves.The numerical solution was based on 3D distribution technique and using the linear wave theory to determine the exciting forces and ship＇s motion.The speed effects have been considered in the Green function for more realistic results.The numerical computations of wave exciting forces and motion responses were carried out for a Mariner and Series 60 for the purpose of discovering different Froude numbers and different separation distances in head sea conditions.Based on the numerical computations,it was revealed that the sway,roll and yaw have a significant effect due to hydrodynamic interaction.     

波浪中母船干扰下潜水员梯的运动及水动力特性分析

潜水员梯是通过销轴连接在母船舷侧为潜水员执行潜水作业时上下船的平台,为保证在波浪中使用时的安全性,对其波浪作用力、运动响应及销轴处的动作用载荷设计有较高要求。为研究母船干扰下潜水员梯的动态响应特性,采用基于深水格林函数为积分内核的边界元方法,先计算母船及潜水梯这一整体的运动响应及其平均湿表面的辐射和绕射压力分布,依据刚体运动合成原理求解得到潜水梯重心处的运动。再以潜水员梯为研究对象,采用压力积分方法获得潜水员梯的波浪力作用,并将其运动、波浪力和销轴处的作用力联立构成动力学平衡方程,逆向求解出销轴处的动作用力。基于上述思路,系统研究了波长、航速及潜水员梯与母船相对位置变化时潜水员梯的运动、波浪作用力及销轴处作用力的变化规律,为潜水员梯的布置、销轴的选型及潜水作业时母船的操纵可提供指导意义。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.     

基于高阶面元法的浅水域中船-船水动力相互作用数值预报

文章开发了一种基于非均匀有理B样条（NURBS）的三维高阶面元法对浅水域中两船会遇和追越时的船-船水动力相互作用进行预报。该方法采用NURBS精确表达船体曲面,采用配置点法满足离散的边界积分方程,在边界面上的源强分布确定之后采用B样条表达物面速度势分布。基于低速假设,忽略了自由面的兴波效应,采用无穷镜像法处理刚性自由面和浅水效应,采用时间步进法在时域内求解速度势。将文中计算结果与基于RANS方程求解的CFD方法和细长体理论方法计算结果比较,验证了该方法的有效性。在此基础上,分别在不同水深、船间横向间距和船速下进行了系列的计算,分析了这些因素对船-船水动力相互作用影响。结果表明,在相同的工况下,船-船会遇时相互作用力比追越时更大,对水深变化更敏感,而对横向间距不如追越时敏感。     

粘性对船舶操纵运动水动力影响的探讨

船舶操纵运动水动力学理论计算研究，一直受到广泛重视，但现有的方法都示达到的实用阶段，本文提出了考虑边界层排挤厚度影响的等价船体法和计及分离涡影响的粘性损失法，旨在分析结果对船舶操纵运动水动力的影响，对充实和完善船舶操纵运动水动力的理论计算方法作了一些探讨。     

拖式吊舱推进器的非定常水动力性能

应用升力面理论涡格法和面元法,建立了拖式吊舱推进器非定常水动力性能的数值计算方法。螺旋桨桨叶采用升力面理论涡格法计算,吊舱舱体及支架采用HESS-SMITH面元法计算,螺旋桨与吊舱及支架之间的相互影响通过迭代计算来处理。针对拖式吊舱推进器,通过系统的计算和分析,研究了螺旋桨负荷、吊舱和支架诱导速度各分量以及标称与实效诱导速度对其水动力性能的影响。研究表明,就吊舱及支架的实效诱导速度而言,轴向及周向诱导速度主要由支架引起,径向诱导速度主要由吊舱舱体引起。当考察吊舱推进器的定常水动力性能时,可略去吊舱诱导速度的径向及周向分量;考察非定常性能时,可略去径向分量,但应考虑周向分量的影响。以吊舱及支架的标称诱导速度作为进流,将导致非定常推力、扭矩的平均值降低,脉动量幅值减小,因此,虽然标称诱导速度容易得到,但据此进行吊舱推进器的性能预报或设计都会引起一定的误差。非定常水动力的脉动幅值取决于船尾伴流与吊舱诱导速度的相对比例,略去吊舱诱导速度会导致桨叶非定常力的变化特征发生较大变化。     

振动翼推进性能计算及试验研究

采用非定常边界元法基于格林定理构建振动翼计算模型,讨论相关的构建过程、程序结构;采用时变尾涡面和时间步进法在时域中处理振动翼的尾涡存储效应,在尾涡面上应用等压Kutta条件并通过New-ton-Raphson法进行迭代求解,对在无限域中的振动翼水动力特性进行计算和研究;通过数值计算结果与试验数据对比,证实本方法的有效性。     

长江口白茆沙河段航道整治方案初步研究

通过河势分析,总结了长江口白茆沙河段近期河势演变特点,指出了不利于航道发展的因素。为解决存在的问题,提出了整治方案的思路和目标,建议采用护滩工程,固守白茆沙沙头,稳定白茆沙沙体,适当增强南北水道动力条件。利用上海河口海岸科学研究中心自主研发的二维潮流数学模型,针对提出的整治方案进行了动力模拟计算,从动力场的角度分析了工程方案的效果。计算结果表明,白茆沙护滩堤能够有效地护住沙体,保护沙体的完整性,且使得两水道的落潮动力有所增强,可以达到工程的治理效果。     

海底子母管线在规则波作用下的数值研究

采用三步有限元法离散N-S方程,建立了数值波浪水槽模型。数值研究了规则波作用下海底子母管结构的水动力特性。对海底子母管线所受波浪力的数值结果与物模实验结果进行比较。基于该数值模型,还考察了不同的子母管间相对缝隙G/D(0.1,0.25,0.5,0.75)对海底子母管线水动力特性的影响。分析得到了不同G/D下海底子母管线的涡脱落特性以及管线水动力系数随G/D的变化规律。结果表明,数值结果和实验结果吻合较好,该数值波浪水槽模型可用来计算波浪作用在海底子母管线上的水动力。关于不同G/D,得到了2种不同的涡脱落模式,在G/D较小(0.1,0.25)时,为"反相同步脱落"模式,在G/D较大(0.5,0.75)时,为"同相同步脱落"模式。     

潜艇操纵性水动力数值计算中湍流模式的比较与运用

湍流模式的选取对潜艇操纵性水动力数值计算精度有着重要影响,采用六种湍流模式计算了SUBOFF主艇体及主艇体加指挥室围壳两种模型在一定漂角范围内的潜艇操纵性水动力,并与试验值进行了比较,结果表明SSTk-ω模型更为适合潜艇操纵性水动力计算。在此基础上对SUBOFF全附体模型在一定漂角和攻角范围内的艇体水动力进行预报计算,并对该计算方法应用于潜艇操纵性水动力预报计算的计算精度与适用范围进行了探讨。