双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/▽低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

深V型双断级滑行艇水动力特性的初步数值研究

本文利用模型试验和数值手段对比研究了深V型双断级滑行艇和无断级滑行艇的静水阻力特性,试验结果表明,双断级滑行艇在起滑之后的高速航行阻力及纵向运动稳定性上较无断级模型存在明显优势,在容积弗劳德数为5.21的航速下总阻力降低了19.2%。利用CFD软件CFX能够较好地捕捉到两模型之间的差异,计算结果表明,各断级之后的空穴均随着航速的提升而不断扩张,断级模型总体浸湿面积较无断级模型最大降低了33.4%,并且双断级使得艇底水动高压分布趋于均匀,有利于改善纵向运动稳定性。     

游艇设计（二）

(接上期)2.2无断级滑行艇2.2.1主尺度选择高速滑行艇的设计起点:Fr▽>3。作为初始数值,无断级滑行艇的总长可按统计图20选取。     

断级与无断级滑行艇阻力性能的数值预报

基于重叠网格技术对Taunton系列中的断级与无断级滑行艇在不同航速下的船舶绕流场进行,结合试验数据与相关流场信息比较两种滑行艇的阻力性能差别,分析表明,造成阻力预报误差的主要原因是由于VOF方法不能很好捕捉自由面产生的强非线性的飞溅现象,无法有效的将飞溅阻力记入总阻力当中;对中纵剖面水气分布可知,断级滑行艇阻力性能优于无断级滑行艇的根本原因是断级位置处滑行面的不连续导致空气从断级处进入形成断级后"空穴",减少了浸湿面积降低了摩擦阻力,随着航速的提升空穴面积也逐渐增加,减阻效果也愈加明显。     

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。     

滑行艇阻力计算方法对比研究

[目的]小型快艇具有机动灵活、隐蔽等特点,滑行艇作为小型快艇的重要种类,被广泛应用于民用和军事用途,因而准确计算滑行艇阻力对滑行艇性能的改进就显得尤为重要。[方法]首先,基于根据美国62系列滑行艇船型资料设计得到的一型滑行艇,分别运用半理论半经验方法和CFD方法对该型艇模型阻力性能进行计算,然后,通过船模试验予以验证并对采用各种方法所得计算结果进行分析。[结果]研究表明,半理论半经验方法可以较好地模拟该型滑行艇阻力变化趋势,CFD方法在高速滑行状态下可以达到较高的计算精度,最小误差仅为0.38%。[结论]所得结果表明STAR CCM+软件能够有效模拟该型滑行艇的阻力性能,而在具体计算中采用何种方法则可根据所需精度和条件进行相应的取舍和选择。     

断级滑行艇艇底喷气及其减阻效果

本文通过２种重心位置、２种断阶方法、２种防溅条形式、５种喷气流量的选择组合，研究了在断级滑行艇上气层减阻的实施途径及效果。断阶稍前处喷气能减少２５％的总阻力，而所需气仅为０．０１５ＭＰａ。     

基于CFD技术的滑行艇静水阻力计算

滑行艇作为一种高性能船舶,被广泛地应用于军事、运输、娱乐等方面,而滑行艇的阻力性能备受人们关注。本文基于CFD技术开展了滑行艇阻力计算研究,分析了时间步长与近壁面网格划分对计算精度的影响。数值计算结果表明,时间步长和近壁面网格划分的不同主要影响的是滑行艇的摩擦阻力以及艇底的气液分布情况。选择合理的参数设置可以使数值计算结果与试验较好地吻合,证明了CFD技术计算滑行艇阻力的可行性。     

断级滑行艇水动力特性的初步计算研究

利用数值手段对二维断级滑行艇模型的绕流场进行模拟,并针对不同攻角及断级高度的模型进行对比计算。不同模型的计算结果具有明显差异性,能较好表现出模型参数的变化对模型水动力特性的影响。分析断级的作用机理,并论述断级后脱体涡的强度和范围以及模型参数不同而引起的滑行面压力分布的差异。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

双断级滑行艇的阻力回归公式

本文以5艘双断级滑行艇模型的试验数据为基础,采用多元线性回归的方法对试验数据进行回归分析,从而导出在不同断级参数情况下双断级滑行艇的阻力回归公式。通过相对误差分析法验证了回归公式的精确性,并根据回归的结果绘制成图以供设计参考。     

基于罚函数的滑行艇阻力性能优化方法研究

滑行艇的阻力性能优化是设计滑行艇艇体的重要内容之一,如何减小艇体阻力是设计师优先考虑的目标。文章从传统的SIT阻力估算方法着手,分析滑行艇受到的力和力矩,并引入Savitsky对艇体阻力的修正,即考虑因喷溅而产生的摩擦阻力。由于滑行艇的重心纵向位置对阻力性能有很大影响,故通过构造罚函数法,把有约束问题化为无约束问题,利用MATLAB优化工具箱中的fm incon函数计算出最佳的重心纵向位置。最后,通过某滑行艇模型的水池拖曳试验验证了该优化方法的可行性,具有一定的工程参考价值。     

无断级滑行艇的设计(上)

滑行艇的艇体形状很多,有底面平坦的雪橇型,高速圆舭型,带断级或不带断级的V型艇,倒V型艇,底部开有槽道的艇等等。但最常见的当属不带断级的V型艇体,为便于初学者入门,先介绍这种常见艇的设计方法。     

滑行艇阻力初步估算方法的比较分析

针对单体滑行艇的阻力预报问题,整理前人估算游艇阻力的方法并对滑行艇的阻力进行初步估算。为探究这些方法的准确性,选用一艘26尺的游艇作为算例,基于计算流体力学(CFD)理论,运用XFlow软件计算在湍流状态下该滑行艇所受到的阻力。对比各方法的计算结果,最终确定了估算滑行艇阻力比较准确的方法。研究结果表明,大隅三彦经验公式以及大隅三彦制动马力图谱法估算滑行艇阻力的结果是比较可靠的。对以后滑行艇阻力的初步估算具有借鉴和指导作用。     

重心纵向位置对滑行艇阻力性能的影响研究（英文）

高速滑行艇姿态和阻力的准确预测对于提高船舶水动力性能具有重要意义。为了研究重心纵向位置对滑行艇阻力和水动力性能的影响，验证CFD方法的适用性，本文采用动态重叠网格方法进行CFD数值模拟，采用有限体积法求解湍流模型为SST k-ω的雷诺平均方程，水气两相流的自由界面采用VOF方法捕获，给出并分析了不同速度下三个不同重心纵向位置的结果比较。不同重心纵向位置情况下的数值结果比较表明：下沉和纵倾角随XCG的减小而增加，同时导致润湿面积减少；当重心纵向位置向后移动时，水动升力使滑行艇更容易进入滑行状态。     

槽道参数对倒V型槽道滑行艇阻力性能的影响

依据双体滑行艇的外形特征和三体滑行艇的工作原理衍生出全新的倒V型槽道滑行艇,具有特殊的槽道结构及内倾式滑行面。基于槽道形状的3个参数,利用CFD技术探究出适合倒V型槽道艇的设计方案,模拟结果表明:槽道参数对倒V型槽道滑行艇阻力性能有一定的影响。     

双断级滑行艇纵向运动稳定性的一种校核方法

目前双断级滑行艇纵向运动稳定性的理论计算方法还不成熟，推荐一种校核其纵向运动稳定性的实用方法，即利用模型试验得到纵向运动时而稳定时而不稳定的临界点组合，再运用最小二乘法拟合试验中得到的若干临界点得出双断级滑行艇纵向运动稳定性界限。用通过模型试验得到的纵向运动稳定性界限校核高速双断级滑行艇纵向运动稳定性能够获得比较准确的结果     

滑行艇在规则波中的数值模拟

针对波浪中滑行艇水动力性能预报的不足,提出了一种基于六自由度运动模型的滑行艇水动力性能预报方法,实现其在波浪中自由运动的水动力性能预报。首先根据水波理论利用CFD技术完成了三维数值水池的造波和消波,然后以某型滑行艇为模型,将六自由度方程赋予滑行艇,实现了其在迎浪匀速航行时随波浪的自由运动,最后通过Fluent数值计算得到了其在波浪中自由运动时的阻力、升力、升沉位移、纵倾角以及兴波等流场参数。计算结果表明:利用该方法获得的某型滑行艇的流场参数较真实地反映了滑行艇在波浪中的姿态,为滑行艇耐波性实验提供了一定的理论依据。     

倒V型槽道滑行艇船型的水动力性能研究

考虑到高速航行时常规双体滑行艇阻力较大且艇体兴波严重,以及三体滑行艇独特船型所带来的优异快速性和兴波小等优良水动力性能,文章借鉴三体滑行艇的工作原理并应用于双体滑行艇,创新性提出倒V型槽道滑行艇的概念,并进行艇型结构设计和CFD水动力分析。模拟计算结果表明该艇型具有高航速时阻力增加缓慢和纵倾角变化平缓等优点。     

艉部斜升角对滑行艇阻力性能影响数值模拟

关于滑行艇在静水中阻力性能以及航行姿态的预报问题,运用商用软件STAR-CCM+进行数值模拟,将所得结果与试验值以及SIT法计算结果对比,验证流体计算软件STAR-CCM+预报滑行艇阻力性能的可行性。以直棱柱型滑行艇为模拟船型,探讨艉部斜升角的变化对滑行艇阻力及其航行姿态影响规律,找出使得该滑行艇阻力性能最优的艉部斜升角。