进水口流动对水翼组合体水动力影响的数值模拟和试验验证

本文采用偶极子面元法求解进水口流动对水翼组合体水动力的影响。为模拟进水口流动，本文在进水管口内侧选取一剖面作为进水口控制面，以其上的速度通量来表征进水口流量，并设速度为均匀分布。在线化自由液面条件下，建立了水翼组合体一进流组合体绕流的数学模型，并编制了相应的计算程序。本文对两种典型试验状态进行了数值模拟，所得的计算结果与试验值相当吻合。本文的计算方法为水翼艇翼航性能预报及水翼－－喷水推进组合系统性     

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。     

"北星号"自控喷水推进水翼高速客船喷水推进泵试验研究

本文对“北星号”自控喷水推进水翼高速客船喷水推进试验研究的试验背景，试验设备，试验模型及试验方法作了介绍，并给出了试验结果。     

高速艇水翼减阻方案及翼滑艇阻力估算方法

文章介绍了高速艇上水翼减阻的原理以及三种不同类型的高速艇上加装水翼的技术方案及其达到的减阻效果,并给出了滑行艇首部加装水翼（即翼滑艇）后整船阻力的估算方法。基于三维非线性涡格法,建立了单独水翼/水翼组合体/多水翼系统的水动力性能理论计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可作为翼滑艇阻力估算中单独水翼水动力性能的计算方法。算例结果表明,文中的方法可用于单独水翼/水翼组合体/多水翼系统和滑行艇加装减阻水翼的初步技术方案设计。     

喷水组合体推进装置

喷水组合体装置由喷水推进泵和组合舵两大部分组成,其主要部件有泵壳、轴支架、动叶、导叶和组合舵等,可有效地提高推进和操纵性能。喷水组合体作为一种新型的推进和操纵装置,我国于1986年研制成功,1987年装船试航,其结果与模型试验一致。该装置的特点:1.分隔船尾流畅。把泵的动叶产生的尾流(高速流)与船底水流隔开,有效地解决了浅水效应,是开发浅海运输的理想工具。     

长江水翼客艇Ⅱ号附体设计特点及试验分析

本文简要分析了国外水翼艇附体的一些特征,重点介绍长江水翼客艇Ⅱ号(以下简称水翼Ⅱ号)附体的特点。由试验证实,将舵、水翼支柱和尾轴支架组合为一体,用一剖面代替三个不连续的剖面,可得到令人满意的阻力性能,满足附体阻力控制在总阻力的20％以内的设计要求。文中还介绍了水翼Ⅱ号三种附件组合体方案及模型阻力试验分析。     

水翼艇喷水推进器的运转性能浅析

在进行喷水推进自航试验水翼艇的研制工作中,为了弄清转速、航速(指进流速度,以下同)、主机功率和艇阻力之间的相互关系,以及预报试航中可能出现的向题,曾效仿螺旋桨的运转性能图谱(检查图谱或定额图谱,见图1)进行了喷水推进器的运转性能计算[1]。经计算发现:当水泵转速恒定时,喷水推进器     

可调桨水翼艇智能推进系统初步综合优化设计研究

从快速性、航速控制和动力系统3个方面分别进行了综合分析，建立了水翼艇智能推进系统的数学模型。然后在VC 平台上，以遗传算法作为优化方法，编制了水翼艇智能推进系统初步综合优化设计的计算程序，同时给出了算例。计算结果表明该算法对于本文提出的水翼艇智能推进系统的数学模型的优化是有效且可行的。     

可调桨水翼艇智能推进系统初步综合优化设计研究

从快速性、航速控制和动力系统3个方面分别进行了综合分析,建立了水翼艇智能推进系统的数学模型.然后在VC++平台上,以遗传算法作为优化方法,编制了水翼艇智能推进系统初步综合优化设计的计算程序,同时给出了算例.计算结果表明该算法对于本文提出的水翼艇智能推进系统的数学模型的优化是有效且可行的.     

混沌随机算法在水翼艇推进系统控制仿真及优化设计上应用研究

在MATLAB的平台上,利用Simulink建立了水翼艇智能推进系统的仿真模型,运用MAT-LAB的M文件编制了其混沌优化程序,并用该程序对水翼艇推进系统的控制器参数进行优化设计,使推进性能有明显提高。混沌优化程序还可用于水翼艇推进系统控制参数的实时配置。     

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。     

Verification and validation study of URANS simulations for an axial waterjet propelled large high-speed ship

The accurate prediction of waterjet propulsion using computational fluid dynamics (CFD) is of interest for performance analyses of existing waterjet designs as well as for improvement and design optimization of new waterjet propulsion systems for high-speed marine vehicles. The present work is performed for three main purposes: (1) to investigate the capability of a URANS flow solver, CFDSHIP-IOWA, for the accurate simulation of waterjet propelled ships, including waterjet–hull interactions; (2) to carry out detailed verification and validation (V&V) analysis; and (3) to identify optimization opportunities for intake duct shape design. A concentrated effort is applied to V&V work and performance analysis of waterjet propelled simulations which form the focus of this paper. The joint high speed sealift design (JHSS), which is a design concept for very large high-speed ships operating at transit speeds of at least 36 knots using four axial flow waterjets, is selected as the initial geometry for the current work and subsequent optimization study. For self-propelled simulations, the ship accelerates until the resistance equals the prescribed thrust and added tow force, and converges to the self propulsion point (SPP). Quantitative V&V studies are performed on both barehull and waterjet appended designs, with corresponding experimental fluid dynamics (EFD) data from 1/34 scale model testing. Uncertainty assessments are performed on iterative convergence and grid size. As a result, the total resistance coefficient for the barehull case and SPP for the waterjet propelled case are validated at the average uncertainty intervals of 7.0 and 1.1%D, respectively. Predictions of CFD computations capture the general trend of resistance over the speed range of 18–42 knots, and show reasonable agreement with EFD with average errors of 1.8 and 8.0%D for the barehull and waterjet cases, respectively. Furthermore, results show that URANS is able to accurately predict the major propulsion related features such as volume flow rate, inlet wake fraction, and net jet thrust with an accuracy of ~9%D. The flow feature details inside the duct and interference of the exit jets are qualitatively well-predicted as well. It is found that there are significant losses in inlet efficiency over the speed range; hence, one objective for subsequent optimization studies could be maximizing the inlet efficiency. Overall, the V&V work indicates that the present approach is an efficient tool for predicting the performance of waterjet propelled JHSS ships and paves the way for future optimization work. The main objective of the optimization will be reduction of powering requirements by increasing the inlet efficiency through modification of intake duct shape.     

Hydrodynamics study of a BCF mode bioinspired robotic-fish underwater vehicle using Lighthill’s slender body model

This paper investigates the hydrodynamic characteristics of the rectilinear motion of a robotic fish underwater vehicle. This 2-joint, 3-link multibody vehicle model is biologically inspired by a body caudal fin carangiform fish propulsion mechanism. Navier–Stokes equations are used to compute the unsteady flow fields generated due to the interaction between the vehicle and the surrounding incompressible and Newtonian fluid (water) environment. The NACA 0014 airfoil aerodynamic profile has been designed to boost the swimming efficiency by reducing drag as the vehicle undergoes an undulatory/oscillatory motion. Using the Lighthill slender body model, a traveling wave mathematical function is defined to undulate the robotic fish posterior (caudal) region while the motion tracking is carried out by dynamic meshing technique. The results obtained show that though the net lift force approaches to zero, the net thrust or negative drag coefficient maintains a finite value dependent on kinematic parameters like tail beat frequency (TBF) and amplitude span (AS) at a given propulsive wavelength and the forward velocity of the vehicle. The results reveal the effects of TBF and AS on the coefficient of drag friction and the thrust force. Drag coefficients obtained from the simulations are compared and validated with the experimental results. The hydrodynamic results are found to be similar to the kinematic study results and suggest that TBF and AS play the most effective roles in the bioinspired propulsion technique. Relation of these parameters with propelling thrust force and forward velocity is also in conjunction over a given range of TBF and AS values.     

New method for predicting full-scale power performance of pumpjet propulsion system based on statistical learning北大核心CSCD

[目的]针对“适配于螺旋桨的船尾线型+泵喷推进器”构成的船舶泵喷推进系统,提出一种基于统计学习的实船快速性预报新方法。[方法]以某大型水面船舶泵喷推进系统为对象,通过神经网络学习典型推进泵的推力系数图谱曲线,综合运用船-桨配合时的K_(T)-J曲线和船体-喷泵配合时的推力特性曲线,建立“仅需船舶阻力曲线就能实现船舶泵喷推进系统实船快速性预报”的新方法,并基于船模阻力试验、泵喷模型敞水试验及船体-泵喷自航试验的测量换算结果对实船推进性能的预报结果开展精度校验。[结果]校验结果表明:在航速18~30 kn范围内,船舶泵喷推进系统的自航转速、推力和功率的预报误差可控制在5.4%以内,其中设计航速附近的误差甚至小于2%;船体-泵喷的相互作用程度介于船-桨与船体-喷泵之间且幅值相对较小,推力减额系数为趋向于0的极小值,故船舶泵喷推进系统是介于桨轴推进系统和喷水推进系统之间的产物。[结论]该预报方法有利于提升船舶泵喷推进系统实船快速性预报的能力,可为新型舰艇泵类推进系统总体设计/研究提供参考。     

混合推进船舶"船-泵+桨-机"匹配方法研究

为提高混合推进船舶推进系统的性能,分析了"船-泵+桨-机"的匹配方法.介绍了"船-桨-机"与"船-泵-机"的匹配方法、思路与步骤,着重研究"船-泵+桨-机"匹配中的泵、桨负载分配对推进性能的影响.以调距桨特性曲线与喷水推进推力曲线进行混合推进舰船的快速性计算,螺旋桨重载降低推进效率,喷水推进重载容易产生空化.为避免喷水推进泵产生空化,调距桨的螺距、转速可调范围变窄.     

喷水推进混流泵流体动力性能的CFD研究

采用CFD方法研究KaMeWa公司的某型喷水推进混流泵的流体动力性能,并分析其内部流场特性。通过几何建模,将泵划分为进口、叶轮、导叶体和喷口四部分。分别采用结构化网格离散计算区域。应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。预报其功率、扬程、效率等特性,将泵功率的计算结果与该泵厂家试验数据进行比较,误差在2%以内。说明本研究采用的CFD方法预报该泵的流体动力性能真实可信。根据计算结果,对内流场的流线和叶片表面的压力分布做了详细分析。     

喷水推进研究综述

该综述分三部分介绍了当今世界喷水推进技术研究的前沿情况:第一部分是喷水推进器的理论研究、试验研究和CFD的应用;第二部分涉及喷水推进装置的模拟仿真、航行试验、喷水推进器与船体的相互作用,以及喷水推进装置的总体设计;第三部分则是几种新型喷水推进器及装置的介绍.     

泵喷水推进器分析与设计改进

通过CFD仿真技术获取了某快艇原载轴流式泵喷水推进器的性能,并通过经典计算发现原载轴流式喷水推进器的额定流量与快艇阻力特性不匹配,且其扬程远远低于期望值。新的泵喷水推进器主要从两个方面进行了改进：一是通过调整喷嘴出口口径使泵喷水推进器在最优效率点运行时正好符合快艇的阻力特性;二是提高泵喷水推进器的扬程使其满足能量平衡的需求。根据确定的参数设计了新的斜流式泵喷水推进器。通过CFD仿真表明斜流式泵喷水推进器达到了设计指标。试水试验表明配备新的泵喷水推进器后快艇达到了期望的要求。     

喷水推进器空化监测技术研究

由于喷水推进船良好的快速性、机动性、高效率和低噪声,喷水推进技术在现代舰船上的应用越来越广泛.但喷水推进器在运行过程中容易进入空化区,影响其推进性能和使用寿命.建立空化监测系统是目前解决这一问题最有效的方法.喷水推进器的空化特性同螺旋桨的有较大差异,目前尚未进行深入的研究.本文分析了喷水推进器的空化特性,阐述了其空化监测的机理,建立了空化监测系统,对喷水推进器空化监测技术进行了研究.空化监测的关键在于选择合适的空化监测参数,选取适当的测量位置,以及采用有效的信号分析处理方法来进行空化特征的提取.