一种计及姿态变化的船舶阻力预报方法

对于航行于水面的舰船,船体姿态会随着航速的增加在航行中发生明显变化,这种姿态变化后的阻力较通常计算的以约束模型为基准的阻力预报是有明显差别的。采用CFD方法实现了以KCS船为模型进行模型自由状态下的阻力预报,并和相关实验数据进行了比较。结果表明,该方法避免了由于船体运动造成流场网格扭曲与计算发散等问题,具有良好的稳定性。另外,该方法充分考虑了船体姿态的影响,计算结果令人满意。     

三体船舶阻力及航态预报方法

针对三体船型的自身特点,基于势流理论,在Dawson方法的基础上对数值处理进行改进,并运用于三体船舶的阻力预报。通过近水面网格的快速划分与迭代计算,实现对航行姿态的预报。根据计算所得的船侧兴波,对不同航行姿态下的湿表面积进行计算,提高总阻力预报的精度。以三体Wigley船型为例,将理论计算结果和试验值及商业软件参考值进行对比。证明了理论预报方法的可行性与有效性,改进后的数值方法结果准确,可很好地避免自由面的震荡。     

可调长度高速三体船的概念及水动力研究

文章提出了一种新型高速三体船,阐述了它的优点及其应用前景。以DTMB5415为基础,构造了高速三体船型,并设计了8种布置情况,然后利用CFD对高速三体船的八种布置情况和单体船匀速航行时候的水动力性能进行了计算,并分析了不同布置情况下的兴波干扰情况和阻力性能,得出高速三体船的最佳布置方案,单位排水量的阻力下降约32%。     

深海采矿船月池对阻力性能影响的研究

深海采矿船为了减小作业时设备受波浪力的影响而设置了月池，然而月池会影响船舶的航行性能。论文应用RANS方程和VOF处理自由面的数值模拟方法，研究月池对深海采矿船阻力的影响。在拖曳水池中进行了有月池与无月池条件下的模型阻力试验，对数值计算方法进行了验证。然后基于数值方法开展了3种不同形状月池方案下阻力和航行姿态的研究，获得相应的阻力与兴波特性。研究表明，月池会导致采矿船静水阻力增大，模型阻力增加3%～7%，实船阻力增加6%～12%。     

三体船阻力数值计算及方案优选

采用CFD技术模拟了船池试验三体船型在不同速度下的粘性流场,计算中考虑了自由表面效应影响,数值模拟结果与试验结果进行了比较,然后在此基础上计算了侧体对应于不同纵横向位置时的9种三体船方案的总阻力.分析比较各方案的计算结果后,得出三体船阻力性能较优时侧体布局的一般规律,即侧体纵向位置变化对三体船静水阻力性能影响较大,当侧体横向位置不变,在较高速度时侧体纵向向后布置对阻力性能更有利.最后按阻力性能,从9种计算方案中得出优选方案.     

五体船兴波阻力线性理论计算与CFD数值模拟

五体船是继当代三体船之后提出的又一种多体新船型,该新船型付诸实用前必须对其兴波特性和侧体布局减阻设计进行研究。根据五体船各片体的科钦函数线性叠加和坐标变换原理,提出了基于片体科钦函数展开的分项算法和基于片体科钦函数叠加的整体算法求解多体船兴波阻力,得出了单体船、三体船、五体船通用的线性兴波阻力公式。应用CFD通用软件进一步分析五体船阻力及片体兴波干扰特性,提出了基于CFD模拟的自由面波形观测的五体船片体布局优化,对各种侧体布局下的五体船兴波特性直观地定性判定。根据综合兴波阻力线性理论计算和粘性流体动力CFD求解所得五体船阻力结果及其特性,提出具有工程实用意义的五体船优化构型方案。研究表明,势流线性理论计算和CFD求解五体船阻力的方法和所得五体船优化构型方案具有广阔的应用前景。     

基于CFD数值模拟和模型试验的三体船片体位置优化

论文采用低精度CFD数值计算和高精度模型试验相结合的方法，以总阻力为目标，对Fr=0.27速度工况下的某型三体船的片体位置进行优化。利用拖曳水池对不同片体位置的三体船进行模型试验，获得三体船在不同片体位置下的总阻力性能。使用自主开发的CFD黏流数值求解器naoe-FOAM-SJTU对一定范围内的其他片体位置进行水动力数值计算。根据模型试验和数值计算结果，使用自主开发的船型优化软件OPTShip-SJTU对三体船的片体位置进行优化。通过模型试验与数值方法相结合的方式构建Co-Kriging近似模型，并使所构建的模型融合模型试验的信息，以保证优化结果的可靠性。结果显示，沿船长方向不同的片体位置对三体船总阻力的影响有着明显的变化规律。     

非对称双体船布局优选研究

本文基于CFD技术,对一种新船型–非对称双体船在不同片体尺寸以及布局下置于静水中航行时的运动响应进行计算模拟。通过CFD方法预报并讨论了非对称双体船的运动特点,通过势流方法计算了非对称双体船的兴波阻力,综合阻力以及航行姿态等因素对非对称双体船的布局进行优选并与常规双体船进行对比。研究表明,片体的布局差别会对非对称双体船的阻力及航行姿态产生很大影响,通过分析得出了综合性能优良的非对称船型布局方案。根据模拟结果分析了此种新船型的运动特点,可为非对称船型的发展提供参考。     

考虑航行姿态变化的的高速船阻力性能预报

为了精确获得高速船的航行阻力,计及航行姿态变化对其阻力的影响。基于CFD理论,本文通过耦合求解计及黏性的RANS和船体运动方程的方式实时预报船体受力,船体根据受力进行姿态调整,最终达到平衡,以此预报船舶在高速运动稳定后的航行姿态及阻力。并将一系列的数值计算结果与试验数据对比分析,数值计算结果和实验数据吻合良好。船舶设计工作者可以参考数值计算结果辅助船体型线设计,其具有重要的工程应用价值。     

侧体排水量比对三体船阻力性能的影响

为了探讨三体船侧体排水量比变化对三体船阻力性能的影响,基于RANSE方法,采用比较适用于三体船的Realizable k-ε湍流模型,利用VOF法捕捉自由液面,针对5种侧体排水量比方案,在不同傅汝德数下对三体船的粘性流场进行数值模拟计算,得到相应情况下的船体摩擦阻力及剩余阻力,分析比较剩余阻力曲线及自由面波形,结果表明,低航速下侧体排水量比的变化对三体船阻力性能影响不明显,中高航速下较小的侧体排水量比的三体船兴波阻力性能更佳;同时将计算结果与试验数据进行比较,验证了计算结果的可靠性。     

减摇复合船型首部构型设计与水池模型试验研究

船舶在波浪中航行时的纵向运动性能是衡量船舶综合航行性能的重要指标.为了改善船舶在波浪中的纵向运动性能,本文基于首部减摇组合附体技术对某型船首部构型进行改造并通过水池模型试验对其静水阻力和耐波性进行了分析研究.在分析该船作业及航区特点的基础上,通过船首部线型改造及减纵摇组合附体构型优化,给出适用于该船的首部构型方案.应用CFD软件和修正切片法进行水动力性能分析,并对船首构型方案进行优选.将优选出的性能较优复合船型方案和原船型开展水池模型静水阻力与耐波性对比试验分析,验证减摇复合船型的静水阻力性能与耐波性能.试验结果表明,改造后的复合船型减纵摇效果明显,对应实船四级海况18节航速下纵摇与首部加速度有义值较原船型降低15%以上;复合船型静水阻力有所增加,实船18节航速下静水阻力增加13.5%.     

水翼辅助推进船舶波浪中运动和增阻特性研究

基于在船首两侧增添（固定）水翼的水翼辅助推进船舶的设想,选取集装箱船型作为研究对象,采用三维面元法对原型和水翼船在规则波中的运动和增阻响应进行了预报,并与试验结果进行比较,验证了计算结果的准确性。研究结果表明水翼能够有效地减小船舶在波浪中的纵摇、垂荡和增阻响应,其中添加水翼船在波浪中的纵摇和垂荡响应峰值分别减少了21%和24%,而增阻响应则减小了80%。此外还对水翼展弦比和安装位置对船舶在波浪中的运动和增阻响应的影响进行了研究。     

波浪入射角度对立柱周围波面扰动特性的影响研究

基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水池,并在该水池内对固定直立柱在不同浪向下的波浪爬升和绕射问题进行了数值模拟。为了验证数值计算的准确性,对立柱近壁面处的波浪爬升效应展开了模型试验研究,计算值与试验值吻合较好,证明了该方法的可行性。研究了入射角度的变化对立柱周围波浪爬升幅度和非线性特征的影响,同时从垂直浪向的投影面积和相对浪向的投影面形状这两个因素出发,探讨了不同浪向角下立柱周围的波浪叠加、波面放大率以及二次波峰效应,并对自由面漩涡生成特性进行了较为深入的机理性研究,可为今后进一步研究不同的入射角度下,复杂的海洋结构物周围的波浪非线性效应提供有价值的参考。     

深海拖曳系统自稳定二级拖体姿态控制研究

二级深拖系统具有可控性强、母船扰动弱等优点,是重要的海洋探测平台。在实际工作中,二级拖体姿态稳定是保证探测数据准确的基本前提。本文以具有自主调节功能的二级拖体为例,对其姿态控制进行研究。首先建立了二级拖缆的“弹簧——阻尼”模型,并在此基础上建立了二级深拖系统的数学模型。其次根据该系统具有非线性、时变性等特点,设计了具有参数自修正功能的模糊自适应PID控制器,以实现在不同工况下对二级拖体的姿态进行控制。仿真结果表明,未加载控制器时,海况变化对拖体姿态有显著影响,其俯仰角和横滚角均会发生大范围波动。加载模糊自适应PID控制器后,拖体通过自主调节,能够使姿态波动控制在较小范围,从而满足工作要求,验证了拖缆数学模型的正确性和所采用的控制方法的可行性。     

基于物面重叠的多附体船舶阻力数值模拟

阐述物面重叠技术,介绍重叠网格的基本原理以及物面重叠的处理方法,在此基础上采用单相Level-Set捕捉自由面方法和RANS方程对某型带多件附体的船舶进行阻力数值模拟,对其流场和自由面波形进行分析。与模型试验结果进行对比发现:数值计算结果与试验结果吻合良好,误差满足工程精度要求,验证了物面重叠技术应用于多附体船舶阻力数值模拟的可靠性。     

两轮自平衡机器人的姿态检测系统的设计

本文介绍了两轮自平衡机器人的姿态检测系统设计过程.通过对两轮自平衡机器人的平衡性分析,采用数字信号处理器、MEMS陀螺仪和加速度计组成姿态检测系统.为了确定机器人运动姿态,设计了以硅微陀螺仪和加速计为传感器的姿态感知系统,并针对其传感器的误差模型,提出了利用卡尔曼滤波(Kalman filter)对电动车车体姿态进行最...     

带阻流板和水平翼的高速深V复合艇新构型研究

高性能复合艇通常比常规高性能艇具有更好的航行性能,本文以某高速深V型快艇为研究对象,采用阻流板和水平翼组合附体的方式对该深V复合艇进行CFD水动力性能数值模拟,对过渡状态及滑行状态下该复合快艇的阻力性能以及航行姿态进行评估,结合自由面兴波以及艇体表面压力分布情况,最终获得了一型深V复合艇构型设计方案,该复合艇运动姿态得到大幅改善,过渡状态下模型总阻力值较原型减少18.97%。     

水翼复合小水线面双体船低阻特性的数值分析

为了获取高速航行的复合船型的阻力,基于Star-CCM+软件平台,考虑到航行姿态变化的影响,通过求解RANS方程和船体运动方程,采用DFBI的方式实时监控船体受力,在运动稳定后得出船体的航行姿态及阻力。本文选取一定速度范围内的水翼复合小水线面双体船进行数值计算,并和模型试验进行对比,计算结果与试验数据吻合较好,较适合该类船型的阻力估算。