面向AUV自主回收的拖曳装置水动力特性研究

本文根据无人水面艇(USV)回收自主水下机器人AUV需求,设计了一款V型拖曳装置(V型翼)。通过STAR-CCM+流体仿真分析软件,在航速3 kn情况下,采用空间拘束法求解了V型翼的部分水动力系数,建立了V型翼水动力模型,并进行运动稳定性分析。外场试验数据分析结果显示,稳定拖曳状态下,舵角和V型翼纵倾角具有响应关系,对其进行公式推导,将计算值与实测数据进行对比,两者吻合程度较好。     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上，以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象，利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真，并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上，对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析，为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。     

基于CFD的直翼推进器水动力性能研究及参数影响分析

本文在直翼推进器工作原理分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用CFD方法进行了建模与仿真,对该型直翼推进器流场特性、敞水性能、桨叶载荷等水动力特性进行了研究,并对不同桨叶结构参数对推进性能的影响进行了比较分析,可为直翼推进器水动力性能预报、桨叶及推进器机构设计与优化提供有效支持.     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

减速状态下多分枝拖曳线列阵声纳系统的功能有效性

参考某型多分支拖曳线列阵地震探测系统的具体参数,结合装置的工作过程,建立线阵工作过程的三维离散模型。基于水动力分析软件Orca Flex计算研究系统的水动力特性,分析线列阵拖曳母舰减速制动过程中声学段张力及线阵阵型的变化,研讨该型装置在减速状态下功能的有效性。     

翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析

为了提高水下滑翔机的水动力性能,本文将航空航天领域先进的翼身融合布局引入到水下滑翔机外形设计中,并对其水动力性能进行研究与分析。首先,对比3种具有代表性的水下滑翔机常用壳体形状的几何参数,选用扁平椭球体作为翼身融合水下滑翔机壳体的基本形状;在此基础上,设计出翼身融合水下滑翔机的三维模型;最后,采用计算流体力学(CFD)的方法对翼身融合水下滑翔机进行仿真模拟并分析其水动力性能,结果表明,采用翼身融合布局的水下滑翔机,其水动力性能得到显著提高。     

不同浸没深度下水平圆柱体的水动力特性试验研究

顺应式的漂浮柔性圆柱型结构物,如深海养殖结构物的浮圈结构、波浪能发电装置的浮体部分等,大多是部分浸没的。目前,学术界和工程界对部分浸没圆柱的水动力特性了解甚少,也使这些新型结构物在设计和分析时面临着一系列的困难。文章利用在拖曳水池中对水平圆柱进行强迫振荡的试验方法,研究了不同浸没深度的水平圆柱体在流、波浪以及波-流耦合作用下的水动力特性,获得了拖曳力系数和附加水质量系数在不同浸没深度下与Reynolds数、KC数和Vr的关系。通过研究发现:(1)在纯流作用下,由于自由液面的存在,超过半浸没的圆柱体的拖曳力系数在超临界范围内将大于全浸没圆柱;(2)在波浪作用下的半浸没圆柱的水动力系数完全不能等同于全浸没圆柱的一半来进行考虑;(3)流的存在对水动力系数的影响比较显著,会导致惯性力系数的增大。     

水下采油树阻力系数试验与数值模拟

为了给来流条件下采油树水动力荷载计算提供基础数据，建立水下采油树数值模型。基于有限体积法，采用商业软件STAR-CCM+，对采油树模型拖曳试验进行数值模拟，计算得到13种拖曳速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数，并在此基础上提出一种新的水下采油树模型拖曳试验方法，开展了39组拖曳试验，得到13种速度条件下采油树纵向、横向和垂向的阻力及阻力系数。结果表明：阻力和阻力系数的试验数据与数值仿真数据基本保持一致，验证了结果的准确性和可靠性；水下采油树模型各方向阻力随拖曳速度的增加呈二次关系增加，阻力系数随速度的增加基本保持稳定；纵向、横向和垂向的阻力系数平均值约为0.432、0.479和0.446。数值模拟和试验得到的采油树阻力和阻力系数可为采油树水动力荷载计算提供关键基础数据。     

某型仿生船水动力性能数值验证研究

基于计算流体力学(CFD)理论,运用Fluent软件对某型高速仿生船的水动力性能进行数值模拟,介绍数值模型的建立和计算方法,分析模型在水面运动时的浮态。数值模拟结果与拖曳实验结果基本吻合,论证了用数值方法对高速水面舰船性能模拟研究的可行性。     

翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析

为了提高水下滑翔机的水动力性能,本文将航空航天领域先进的翼身融合布局引入到水下滑翔机外形设计中,并对其水动力性能进行研究与分析。首先,对比3种具有代表性的水下滑翔机常用壳体形状的几何参数,选用扁平椭球体作为翼身融合水下滑翔机壳体的基本形状;在此基础上,设计出翼身融合水下滑翔机的三维模型;最后,采用计算流体力学（ CFD）的方法对翼身融合水下滑翔机进行仿真模拟并分析其水动力性能,结果表明,采用翼身融合布局的水下滑翔机,其水动力性能得到显著提高。     

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%。     

水下拖缆稳态运动特性计算方法及应用分析

水下拖缆拖曳运动时的受力分析是拖缆系统设计的关键因素.建立拖缆稳态运动的动力学微分方程,将拖缆受到的流体力分为切向力和法向力,水动力系数的准确求解决定了拖缆的位形和受力计算准确性.采用有限体积法离散标准k-ε湍流方程求解拖缆的水动力系数,水动力系数与攻角和Re有关.数值计算的结果与相关实验数据比较表明水动力系数的求解方...     

拖船拖钩系统局部强度有限元分析

拖船作为一种工程船舶,主要对没有动力或不宜使用动力的海上设施进行拖曳作业。拖船作业方式按水域可分为港口拖曳和开放水域拖曳,开放水域拖曳又可分为应急拖曳和正常拖曳。拖船在拖曳时拖钩系统承受很大的作用力,因此拖钩系统结构局部强度是拖船设计公司所关注的,然而,通过计算可以发现,拖曳系统下方的甲板纵桁在拖曳过程中具有较高的应力水平,因此对拖船甲板纵桁的合理设计也至关重要。本文对正常拖曳情况下拖船缆柱、缆桩和T型材甲板纵桁进行强度分析,并对响应结构进行结构优化,从而使拖钩系统强度满足规范要求。     

波流联合作用下多分枝拖曳线列阵回转过程的动力学分析

参考某海洋地震多分枝拖曳线列阵具体参数和该拖船的海浪响应幅值算子(RAO),结合该船工作时的具体过程,利用大型水动力分析软件Orca Flex建立了多分枝线列阵回转过程时的动力学分析简化模型,实现了对多分枝拖曳线列阵在回转过程中的动力学分析,得到了波流联合作用下,各个拖缆的张力和曲率沿缆长方向的变化规律及各个缆索拖曳点End A和拖曳缆索拖曳尾端End B的张力值在时域上的变化图像。结合计算结果,给出了多分枝拖曳线列阵在回转过程中的优化设计方案。     

基于动力定位应用的直翼推进器水动力特性分析

直翼推进器具备良好的操纵性及机动性,适用于有较高动力定位控制要求的船舶。文章分析了直翼推进器的工作原理,并结合实船选型及安装情况进行了水动力特性初步分析,该结果可为后续动力定位控制策略和算法研究以实现推力最大化或效率最大化提供参考。     

减压拖曳水池的桨模试验

本文选用标准桨模4119，在减压拖曳水池进行了常压下的敞水重复试验及减压下的空泡性能试验。针对该水池的测试设备和试验方法，分析了本次敞水试验的测量不确定度，并与国外公布的试验数据进行了比较。桨模空泡性能试验是减压拖曳水池的特色试验，本文也对该试验结果进行了分析，并与空泡水筒的试验数据进行了比较。     

基于ANSYS/LS-DYNA的多层舷侧结构抗空中接触爆炸防护性能研究

针对典型舰船舱段不同舷侧结构(Y型舷侧和V型舷侧)的防护性能,采用ANSYS/LS-DYNA流固耦合分析模块对其在空中接触爆炸载荷作用下的动塑性响应进行数值模拟计算,并将结构毁伤的数值结果同已有经验公式进行对比验证。通过对不同舷侧型式舱段的破口以及塑性变形面积大小的对比分析,发现Y型舷侧结构的防护性能随翼板角度的增大而增强,且整体防护性能优于V型舷侧结构;而V型舷侧结构的防护性能跟翼板角度没有明显规律,只有部分角度结构能够提升防护性能;最后综合各算例毁伤效果得出120°Y型舷侧结构防护性能最优。     

船舶摆线推进器水动力性能仿真研究

为了探究不同参数对摆线推进器的水动力性能影响,选取NACA 3 412翼型为推进器叶片模型,利用CFD仿真技术对限定工况下摆线推进器的水动力性能进行模拟计算,验证仿真方法的有效性。在此基础上以自主选用的摆线推进器模型为研究对象,开展不同进速系数及偏心率对摆线推进器水动力性能影响的研究,得出不同初相位下叶片的受力变化规律,为摆线推进器水动力性能分析及其结构优化提供参考。     

导管螺旋桨水动力性能试验及数值研究

为了研究导管螺旋桨的推力、扭矩和敞水效率等主要水动力参数和进速系数之间的关系,本文采用物理模型试验和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术相结合的方式分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。首先在本校拖曳水池开展导管螺旋桨模型的敞水性能试验然后使用计算流体软件STAR-CCM+对导管桨模型进行数值模拟。在模拟计算中应用多参考系法（Multi Reference Frames,MRF）,分别采用不同湍流模型对导管螺旋桨的水动力性能进行计算,并与试验数据进行对比,验证了STAR-CCM+软件模拟可以对导管螺旋桨的水动力性能进行有效预报且使用SST k-ω湍流模型获得的水动力性能精度更高。研究结果表明,导管螺旋桨更适用于在低进速系数下工作的重载船舶。     

基于响应面法的水下滑翔机联翼布局优化设计

为分析水下滑翔机联翼布局对水动力性能的影响,提出一种联翼布局的外形参数化方法,选取几何展弦比为6的联翼式水下滑翔机为初始构型,采用单因素法对各参数对滑翔机水动力性能的影响进行分析,并采用响应面设计中的效应面法（Box-Behnken Design, BBD）对滑翔机的联翼布局进行优化设计。结果表明：相比于初始构型,响应面法优化后的构型在保证稳定性的基础上将升阻比有效提升了8.19%。研究成果可为水下滑翔机联翼布局设计提供一定参考。