高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。     

水下高速航行体超空泡减阻特性数值模拟研究

利用CFD商业软件Fluent6.2对水下高速航行体超空泡流进行了数值模拟研究,计算了带圆盘与圆锥两种头部空化器航行体的阻力特性,详细分析了空化器直径、锥角、航行体长细比对超空泡减阻特性的影响,并计算了高速水下航行体自然超空泡减阻率,结果表明,在超空泡形态下,带圆盘空化器头部的水下高速航行体,更加有利于超空泡的减阻,超空泡减阻率可达95%以上.研究结果为进一步研究水下高速航行体的结构设计和水动力布局提供了理论参考.     

空化器线形与超空泡减阻效果关系研究

利用商业CFD软件Fluent6.0对空化器线形与超空泡形态的关系及其阻力特性进行了数值仿真研究,详细分析了影响超空泡航行体减阻效果的因素和有效控制超空泡形态进行减阻的方法,为优化超空泡形态提供了初步的理论参考依据.仿真与试验结果符合较好.     

适用于高航速下的ROV减阻结构设计研究

为满足内河8 kn水流条件下航行器稳定航行性能要求,提出一种低流阻、可快速拆卸水下遥控航行器(ROV)总体结构。采用外部流线外形+内部开放框架的设计方法:外部采用Nystrom线型形成外形框架,通过样条曲面生成技术生成外形曲面,完成流体外形设计;内部框架采用横骨架式承载结构,使用标准型材组装框架,各传感器、机电设备、浮体及尾部平衡翼与框架固连。经流体阻力仿真及框架结构有限元冲击仿真分析,流体阻力较开架式总体结构减小90%以上,抗冲击性能可靠,能够满足高流速下的航行要求。本文减阻结构设计方法兼顾了减阻、模块化快速拆装和低成本易实现等优点,对其他水下航行器总体结构设计具有借鉴意义。     

平底型高速交通运输艇加装尾插板减阻技术研究

针对平底高速运输艇中高速航行阻力偏大问题,本文采用RANS方法、整体动网格法和HRIC-VOF模型建立了可计算该类艇型中高速航行阻力与姿态的数值方法,计算了尾插板的减阻效果,并从艇体兴波、艇底压力、航行姿态等方面分析了尾插板的减阻机理,最后通过模型试验进一步探索了尾插板的减阻效果及尺寸要求.结果表明,中高速下该艇型加装尾插板的减阻率可达20％～40％.     

船用梯形微沟槽表面减阻效应的仿真分析与实验验证

基于微沟槽减阻机理,采用改变船体表面微结构形貌尺寸的方法,以期降低船舶运行中的航行阻力,提高船舶航行效率,节约能源。利用流体软件FLUENT对梯形肋条和梯形沟槽两种微结构表面流场进行模拟仿真,分析了沟槽深宽比h/d1的减阻效果。仿真结果表明,对于梯形肋条,在h/d1时均具有减阻效果,当h/d为0.45时减阻效果最好;对于梯形沟槽,当h/d为0.30、0.36时表现为增阻,h/d为0.45、0.60、0.75时表现为减阻,其中当h/d为0.60时的减阻效果最好。为了验证模拟计算的规律,进行了阻力冲刷实验,实验结果与模拟计算结果的对比分析表明模拟计算与实验结论一致。     

断级在倒V型槽道滑行艇上的应用研究

根据断级减阻工作原理,提出了适合倒V型槽道滑行艇特点的断级设置方案。该方法在分析艇型特点基础上利用CFD技术研究了断级设置前后滑行艇水动力特性的差异。结果显示:断级设计方案在傅汝德数Fr▽=5. 83时减阻效果为10%,且对艇体的航行姿态影响较小,因而高速快艇采用断级有利于提高滑行效率、降低阻力。     

小水线面三体船与细长型三体船剩余阻力对比分析

[目的]为研究潜体横剖面为圆形的小水线面三体船(TriSWACH)侧体布局位置对剩余阻力的影响,以及其与细长型三体船剩余阻力的对比,[方法]在已验证CFD基础上,通过CFD方案下的剩余阻力系数,并与同排水量、工况下的细长型三体船剩余阻力系数试验值进行比较。[结果]结果表明,在全航速区间,潜体横剖面为圆形的小水线面三体船的剩余阻力系数普遍小于相同排水量细长型三体船的剩余阻力系数;TriSWACH在最佳航速区间Fr=0.338～0.494时减阻效果最好,此时,侧体位于主体后部时可获得17.95%的最大减阻。[结论]该研究具有一定的工程借鉴意义。     

水下微结构功能表面设计及减阻特性研究

研究表明,当物体表面存在微结构时,可以减小阻力,降低能源消耗。本文设计M形和V形两种微结构,使用SST k-ω湍流模型,分析微结构的减阻机理及影响微结构减阻的因素。将V形微结构应用于水下航行器模型,探讨湍流状态下外流域的减阻率和流场变化。结果表明微结构能够减缓湍流猝发过程,降低湍流猝发强度,改善边界层的流态；当微结构夹角为60o、高度小于0.04mm时具有较好减阻作用；V形微结构在水下航行器模型中的减阻率达到1.77%,且减阻率随布置面积增加而增大。     

潜载无人水下航行器自航布放内弹道模型与仿真

通过对等截面鱼雷发射管自航布放无人水下航行器（UUV）过程中的受力进行分析,建立内弹道的数学模型,并对UUV自航布放的出管时间和出管速度进行实时仿真,同时,还对几种典型口径UUV自航布放过程中的阻力变化规律进行对比和分析,从理论上对UUV自航出管的可行性进行论证.仿真结果表明,选取500mm口径的UUV,通过潜艇的等截面鱼雷发射管进行自航布放完全可行.     

不同模式下拖缆对水下拖体运动姿态的影响研究

水下拖曳体依据其工作模式的不同,可以分为两种:一种是自身没有驱动力,由拖船或是潜艇带动进行拖曳;另一种是拖曳体自身具有驱动力使其自由航行,可看作AUV。在水下拖曳体工作的过程中,与其相连的拖缆在拖体不同的工作模式下会有不同的响应,而拖缆的这种响应又会对与其相连的拖体造成影响。为研究拖缆对水下拖体的影响,结合某拖曳系统的具体参数,运用大型动态仿真软件OrcaFlex建立了潜艇水下360°回转过程中拖曳系统的动力学仿真模型和拖体自航模式下的动力学仿真模型。通过改变水动力系数、拖速、拖缆参数及回转半径等,探究了不同参数对水下拖体的影响,得到了一些比较有价值的结论,可对具体工程有一定的指导作用。     

水下无人航行器外挂吊舱水动力试验及操纵性分析

在循环水槽开展了某带吊舱水下无人航行器的水动力试验,绘制出了航行器阻力曲线,得到了与操纵性相关的主要水动力系数,在此基础上对水下无人航行器的运动稳定性进行了分析,并与不带吊舱情况下的水下无人航行器操纵性进行了比较。试验结果可为水下无人航行器推进系统设计及运动控制与仿真提供依据。     

海洋缆索对水下航行器的动态响应

海洋水下拖曳系统在海洋资源开发的过程中发挥着越来越重要的作用。海洋拖缆与水下拖体之间的作用相互影响、相互耦合。尤其是当水下航行器质量较小时,这种影响不可忽略。拖曳缆索的形态变化将直接影响水下航行器的运行轨迹。通过对缆索动态偏微分方程在时间上和空间上离散化处理,将无法确定缆索单元长度的问题转化为缆索单元可确定问题,并采用有限差分法进行了求解,得到了航行器直航状态下缆索的几何形态图和回转状态时缆索的几何形态图。通过将结果与实验值进行对比分析,发现在误差允许范围内(10%),这说明建立的缆索动态模型对航行器运动状态进行预测是可行的。     

水空跨介质航行器斜出水过程数值仿真

[目的]水空跨介质航行器(TMAUV)的斜出水过程是一个强非线性、非定常、流场变化剧烈的过程。基于一种可变体的TMAUV的水下构型,利用CFD流体仿真软件,对该构型在典型工况下的出水过程进行数值仿真。[方法]分析航行器在此过程中不同阶段的流场变化特性及其载荷的分布,比较航行器以不同的俯仰角和攻角出水时,在2个典型位置的流体速度场分布和航行器所受流体作用力的特性。[结果]结果表明,航行器倾斜跨越水空界面时两侧的流场和载荷会出现不对称的剧烈变化,俯仰角越大,在水下部分流场受动范围越小,跨越出水部分受影响越大;与零攻角出水相比,航行器带攻角倾斜出水会导致表面所受流体作用力出现高频率、大幅度的反向震荡,影响出水的稳定性。[结论]研究结果可为研究潜射导弹出水、船舶航行、潜艇跨介质等问题提供研究思路和理论参考。     

高速航行体与运载器水面分离平面弹道数学仿真

基于势流理论计算水动力,求解线化的多体动力学方程,对高速航行体与运载器水面分离过程进行了二维弹道仿真.依据分离运动的特点,弹道仿真计及了适配器刚度和间隙、波浪扰动、流体作用力、助推器推力及分离内弹道过程,结合部分实验结果,给出了弹器分离运动的半经验半理论的计算分析方法.仿真研究考虑了航行体从水中发射到弹器完成水面分离的整个水下弹道过程.将仿真结果与模型实验结果进行了对比,验证了该方法的有效性.     

多相流作用下船舶前缘引流减阻物理控制方法

在多相流的影响作用下,为了降低船舶航行所受的阻力,针对低速船舶在其前缘开孔引流探索减阻效果并设计物理控制方法。首先对船舶航行环境中的多相流形态和作用效果进行检测,从动力和阻力2个方面对船舶的受力情况进行分析,根据检测结果和受力分析结果,搭建前缘引流物理模型和控制方程实现船舶减阻控制。经过对比实验得出结论:与传统的控制方法相比,在船舶前缘引流减阻物理控制方法的控制下,总耗油量节省了14.9 url,且减阻率提升了6.2%。     

CFD在潜艇外形方案比较中的应用

以水滴型潜艇为母型进行改造,提出了新型椭圆截面和碟形截面的潜艇外形设计.水滴型潜艇的型值选用"大青花鱼"号的简化型值,在船长与排水量不变的条件下通过改变截面形状给出了后两种新艇型的型值,建立了计算模型.采用有限体积法求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了三种艇体周围的粘性流场,通过对三者的粘性绕流和阻力性能的比较,给出了三种方案各自的优缺点.     

基于CFD的船舶船体总阻力预报方法

为了对船体航行阻力大小进行预测,使得设计人员在设计阶段便能够对船身结构进行优化改进,以获得性能优良的船身结构。基于UG建立船身与水流相互作用的几何模型,并借助hypermesh环境对几何模型进行离散化,得到高质量的流体动力学计算网格。将船头前部网格作为入口边界条件,后部以及侧面网格作为出口边界条件,船身对称面网格作为对称边界条件,建立有效的有限元计算模型。采用Fluent求解器对有限元模型进行求解,设定最大迭代步数为100步。通过对求解过程中动力粘度、速度、压力等重要的动力学参数残差收敛情况进行监控,表明整个计算过程收敛,得到的计算结果与实际情况相符合。通过CFD计算,得到了船身周围水压分布情况,根据船身前后方向水压差以及船身截面积,计算得到了船舶航行阻力。     

基于CFD的金枪鱼延绳钓渔船球鼻艏形状研究

以49.5 m金枪鱼延绳钓渔船为研究对象,为了得到具有较好阻力性能的球鼻艏,首先设计撞角型球鼻艏,通过CFD方法得到撞角型球鼻艏渔船的阻力性能并与模型试验结果进行比较,两者吻合较好;然后通过改变球艏的伸出长度、形心浸深和体积为该船设计水滴型和S-V上翘型球鼻艏,对水滴型和S-V上翘型球鼻艏形式的船体阻力性能进行数值模拟。通过比较三种不同球鼻艏形式下船体的阻力性能,结果显示:该型延绳钓渔船使用撞角型球鼻艏具有较好的减阻效果。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。