不同工况条件对舰船舰面空气流场的影响

随着舰载机及精密电子设备普遍装备现代舰船,与之相关的安全性及可靠性影响因素也逐渐受到关注[1].舰船舰面气流场对舰载机的安全起降影响显著.在不同的工况条件下,舰船气流场会产生变化,进而影响到舰载机的安全作业.本文利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行数值模拟计算,观察工况条件发生变化时模型舰面气流场的变化情况.从模型的选取、参考舰船舰载机起降方式等方面加以讨论,对不同工况条件下舰船空气流场的数值计算结果进行了对比和分析.     

利用缩比模型CFD数值模拟计算舰船舰面空气流场相似准数的影响探讨

舰载航空系统是现代舰船的重要组成部分,舰船空气流场对舰载机起降的安全性有明显的影响,因此,舰船空气流场特性研究对全船总体性能具有重要意义.目前,对舰船空气流场的研究方法主要有实船测量、模型试验及数值模拟等方法,利用缩比模型对舰船舰面空气流场进行CFD数值模拟具有成本较低和周期较短的优点.缩比模型计算需要考虑相似性问题,文章针对此问题从缩比模型的采用、流场模型试验时相关的相似准数影响等方面加以讨论,其中还针对模型试验时不同雷诺数的影响进行了数值模拟计算.     

基于相对熵排序的舰船甲板气流场评价方法

为有效开展对大型舰船甲板气流场的评估工作,提出一种基于相对熵排序的气流场评价方法。首先,数值模拟3艘国外大型舰船同一工况条件下的舰面空气流场状态,给出起飞、降落跑道气流场速度和甲板面压力变化等评价气流场的关键参数,然后,根据这些指标参数建立舰船甲板气流场的评价指标体系,其重要程度需依据相关领域的多位专家通过商讨后得出,最后,引入相对熵的概念改进传统的TOPSIS方法,对3艘舰船的气流场方案进行综合评价。应用实例表明,该方法可为舰船甲板气流场评价提供一种可行、有效的新途径。     

上层建筑形式及布局对舰船空气流场的影响

舰船上层建筑是诱发舰船舰面空气湍流的主要因素,对于具有全通飞行甲板的舰船,其岛式上层建筑的外形及布置则出现了多样化的趋势,对迎风方向后方的气流场形态势必会产生影响.为了解上层建筑外形及布局形式的变化对舰船空气流场,尤其是对舰载机起降影响的初步规律,通过定常同等试验工况条件下,建立多种形式的上层建筑以及变化研究模型上层建筑纵向的布置位置的数值三维模型,对5种模型分别进行数值模拟计算,分析和观察由此产生的气流场变化,对计算结果进行取值分析.通过各模型及原型舰模型间气流场特性的对比,所得出的有关结论与目前实际的舰船产品所采用的布置形式决策是一致的.     

SA与MILES模型在SFS2舰船空气流场中的模拟应用

为了研究SFS2的舰船空气流场特性,利用SA模型和MILES模型对SFS2空气流场进行数值模拟,并与风洞实验结果进行对比。计算结果显示,SA和MILES模型均能得到与风洞实验变化规律相同的时均流场结果,但MILES对尾流场的预测精度相对更高,且能得到空气流场的瞬时特性,用于更精确分析舰船空气流场。     

SA与MILES模型在SFS2舰船空气流场中的模拟应用

为了研究SFS2的舰船空气流场特性,分别利用N-S方程和MILES方法对SFS2空气流场进行数值模拟,其中RANS方程的求解中应用了SA湍流模型,并与风洞试验结果进行对比。计算结果表明,SA和MILES模型均能得到与风洞试验变化规律相同的时均流场结果,但MILES对尾流场的预测精度相对更高,且能得到空气流场的瞬时特性,用于更精确地分析舰船空气流场。研究表明,当改变两种计算模型来流速度时,流动结构基本一致,船体表面压力系数分布几乎一致。     

直升机舰上起降安全的影响因素研究

对舰载直升机起降安全因素进行系统分析,梳理其关键影响因素舰船空气流场中各特性参数对直升机操作性能的影响,介绍用于舰船空气流场测量的3种典型方法。研究表明:可通过CFD仿真、风洞试验以及实船测量三位一体的手段获取精确的直升机起降流场环境,结合直升机飞行特性获取准确的直升机载舰安全起降包线。研究结果对舰船空气流场的深入研究有重要指导意义,并可为机舰动态配合研究提供参考。     

舰载直升机起降区空气流场模拟方法研究

基于计算流体力学(CFD)技术建立了2种舰载直升机起降区空气流场的计算方法,以用于分析舰船/直升机之间的耦合干扰问题。在这2种方法中,控制方程选取N-S方程,求解方式采用隐式耦合方式,湍流模型为k-ε模型,分别使用"作用盘方法"和"运动嵌套网格方法"模拟旋翼。应用建立的方法,以SFS2简化船型、Robin旋翼和"Caradonna-Tung"旋翼分别作为算例,并与试验值进行对比,验证了方法的有效性。在此基础上,深入地进行起降区舰船/旋翼耦合流场的计算研究。研究结果表明:舰船上层建筑物的存在会引起起降区下洗速度增大,使得旋翼拉力减小;"作用盘方法"能有效地用于舰船/直升机耦合流场的分析,而"运动嵌套网格方法"可以捕捉到起降区空气流场的细节,但其需要耗费巨大的计算量。     

两种飞行甲板形式的舰船空气流场特性比较

搭载固定翼飞机的水面舰船受多种因素的影响,通常会采用多种飞行甲板形式,尤其是在没有配备弹射器但搭载有固定翼飞机的舰船上,是否采用滑跃式起飞甲板,采用后舰面空气流场会有哪些变化是在总布置设计必须要讨论的问题.本文通过在定常条件下,同一船型上采用的2种飞行甲板舰面布置方案进行了多个工况的空气流场模拟计算,对计算结果进行分析,观察模拟出的二维/三位流线形态,对舰船采用不同飞行甲板形式的气流场特性进行了初步的探讨.     

计算流体力学方法在船舶领域的实用性研究

通过CFD（计算流体力学）方法对船舶领域两个典型的工程实例进行了数值计算和流场模拟,模拟的流场与船池试验的流场很吻合。数值计算结果和试验值比较,在特定n范围内相对误差在6．6％以内,满足工程要求。表明数值方法在船舶航速预报方面具有一定的工程实用性,以CFD计算结果为依据光顺流场流线优化船舶阻力性能的可行性也得到工程实例证明。