升力反馈控制减摇鳍系统

对减摇鳍的静态、动态水动力特性进行了分析研究,指出影响鳍的动态升力特性的本质原因.讨论了传统的鳍角反馈减摇鳍设计原理存在的问题,指出鳍角反馈在运动过程中不能正确反映鳍的动态水动力特性.在鳍角反馈的基础上,提出了升力反馈控制方式,通过直接测量鳍上的动态升力作为系统的反馈信号.以某型船的减摇鳍设计参数为参考,采用升力反馈控制,以必要的工程条件为限制条件,进行了角度反馈控制与升力反馈控制的对比仿真试验研究.仿真结果对比显示升力反馈控制可以有效弥补鳍角反馈控制方式存在的控制偏差,使减摇鳍系统的综合减摇能力得到显著提高.     

全方位推进器水动力性能理论预报

本文应用升力线理论建立了全方位推进器水动力性能计算的数学模型，对其在非定常情况下水动力性能计算进行了理论推导，分析了推进器各参数对水动力性能的影响。数值计算结果表明，本文的全方位推进器水动力性能理论预报方法计算值和实验值吻合良好。     

全方位推进器水性能理论预报

本文应用升力线理论建立了全方位一推进器水性能计算的数学模型，对其在非定常情况下水动力性能计算进行了理论推导，分析了推进器各参数对水性能的影响。数值计算结果表明，本文的全方位推进器水动力性能理论预报趱实验值吻合良好     

升力鳍实验装置的升力函数发生器

本文重点研究了鳍的动态水动力在升力鳍实验装置上的应用.在分析升力鳍实验装置施力要求的基础上,提出并成功应用神经网络BP算法逼近鳍的动态水动力曲线,然后将训练好的神经网络作为该实验装置施力系统升力函数发生器,实现对实验装置中鳍的施力,该研究也进一步完善了该实验装置.     

带固定鳍的小水线面双体船运动预报研究

小水线面双体船(Small Water-Plane Area Twin Hull Ship,SWATH)是指为改善耐波性、减小兴波阻力,而使片体的型线在水线附近光滑收缩的双体船。本文依据三维势流理论计算某小水线面双体船的运动响应,考虑加装固定式首尾鳍后鳍的升力对水动力系数的影响。应用Fluent软件计算鳍的动升力修正系数,根据经验公式导出鳍所产生的水动力系数,将其带入到船体纵向运动微分方程。本文计算时采用修改程序后的WALCS软件进行运动响应的计算,将得到的结果与无鳍船体的计算结果相比较,分析减摇效果。研究结果可为鳍的设计提供参考。     

基于滑移网格的螺旋桨性能分析

为计算螺旋桨定常与非定常水动力性能,采用多重参考系模型,利用Reliable k-ε湍流模型计算定常水动力性能,仿真不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数与敞水效率,将仿真结果与试验值对比,结果表明,采用多重参考系模型计算的推力系数、转矩系数与敞水效率与试验值吻合较好;以定常计算结果为初始值,采用滑移网格模型计算螺旋桨的非定常水动力性能。相比于定常结果非定常结果,与试验值更加吻合,表明滑移网格模型计算的结果精准度更高,更适合于计算螺旋桨的水动力性能。     

全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法

研究了全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法,基于螺旋桨面元法建立了全方向推进器的非定常水动力性能计算的数学模型,对全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报。采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面元以消除面元间的缝隙。用Newton-Raphson迭代过程在桨叶随边满足压力Kutta条件。在计算面元的影响系数时,应用Morino导出的解析计算公式加快了数值计算的速度。为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布。本文计算结果与日本水池模型试验结果、升力线方法计算结果及升力面方法计算结果进行了对比。     

减摇鳍的定常与非定常水动力计算方法

本文分两部分。第一部分是减摇鳍的升力和两对鳍之间定常干扰的理论与实验研究。作者根据涡格法,并考虑到小展弦比机翼在大攻角时的非线性和尾涡的卷起。提出了一种计算两对鳍之间干扰的方法。计算结果与实验结果的符合程度是令人满意的。第二部分是非定常水动力计算方法。作者采用涡环分布模型,把鳍运动的时间历程按一定的时间间隔依次求解。文中给出了升力和力矩随时间变化的数字结果。计算得到的尾涡形状与用流场显示技术得到的尾涡照片作了比较。     

用准定常升力线理论预报螺旋桨在非均匀流场中的性能

本文应用准定常升力线理论预报船用螺旋桨的性能,建立了适合中型计算机的程序。通过四个桨模的敞水试验和性能计算结果比较表明,对于计算螺旋桨的推力与转矩系数,只要应用升力线理论加上简单的粘性经验修正及升力面影响修正,不必作边界层计算即可得到比较满意的结果。伴流场中单个叶片推力与转矩脉动计算表明,用升力线作计算时,伴流产生的水流弯曲对推力、转矩脉动有较明显的影响,对推力偏心度则影响不大,计算所得的推力、转矩脉动可供计算主机扭振及轴系振动的外力作参考。     

小攻角下驼背鲸减摇鳍的理论计算

通过应用仿驼背鲸前缘突起来提高船用翼的水动力特性已是目前非常热门的话题,为验证前缘突起的高度和突起个数与升力的关系,选用哈尔滨工程大学船舶控制工程教育部工程研究中心在船模水池实验室所做的减摇鳍动态水动力性能实验用的标准NACA00154号矩形鳍为研究对象,对其前缘进行正弦波变形,建立数学模型,并应用普朗特升力线性理论和切比雪夫数值逼近法,得出了前缘突起个数对升力的影响不大而突起幅值对升力有显著的决定性作用的结论.     

复合驱动仿生胸鳍机构设计与水动力研究

针对仿鱼型海洋探测机器人低速时的机动性问题,受鹞鲼鱼类依靠胸鳍摆动实现各种水下运动的启发,设计出一种基于共融理论的复合驱动刚-柔多体耦合仿生鱼胸鳍机构。通过构建基于三维非定常湍流控制方程组的柔性鳍摆动系统水动力学模型,研究仿生胸鳍柔性鳍面摆动时周围压力和速度场的变化情况,分析不同摆动幅度和频率下鳍面的水动力学特性,揭示仿生鹞鲼机器鱼的水下运动机理,对摆动胸鳍的水动力进行仿真。结论表明:鳍面摆动时周围的漩涡能够引起胸鳍面上推力、升力及侧向力按类似正弦变化,而推进力和侧向力的大小随摆动幅值和摆动频率增加而增大。     

CFD理论黏性流场中三维振动水翼的非定常水动力性能(英文)

The motion of the fins and control surfaces of underwater vehicles in a fluid is an interesting and challenging research subject. Typically the effect of fin oscillations on the fluid flow around such a body is highly unsteady, generating vortices and requiring detailed analysis of fluid-structure interactions. An understanding of the complexities of such flows is of interest to engineers developing vehicles capable of high dynamic performance in their propulsion and maneuvering. In the present study, a CFD based RANS simulation of a 3-D fin body moving in a viscous fluid was developed. It investigated hydrodynamic performance by evaluating the hydrodynamic coefficients (lift, drag and moment) at two different oscillating frequencies. A parametric analysis of the factors that affect the hydrodynamic performance of the fin body was done, along with a comparison of results from experiments. The results of the simulation were found in close agreement with experimental results and this validated the simulation as an effective tool for evaluation of the unsteady hydrodynamic coefficients of 3-D fins. This work can be further be used for analysis of the stability and maneuverability of fin actuated underwater vehicles.     

减摇鳍与船体的适配性数值模拟

利用计算流体力学方法对减摇鳍与船体之间的适配性问题进行研究。利用零航速减摇鳍的参数以及某型驱逐舰的船型型值表,分别建立在敞水条件下的减摇鳍模型以及加上减摇鳍的船体模型。首先,仿真分析在中、高航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的静态水动力特性。其次,利用动网格技术分别分析在中、高航速和低航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的动态水动力特性。计算结果分析表明：静态仿真时,虽然受船体约束减摇鳍的失速角没有敞水条件下的减摇鳍大,但在同样的攻角下,其升力系数却有较大的提高;在动态仿真中,无论是在中、高航速还是低航速下,受船体约束减摇鳍拍击产生的升力都要比敞水条件下的减摇鳍大,但同时产生的阻力以及所需的转鳍力矩也有较大的提高。     

鳍与舭龙骨的水动力干扰

在水平循环水槽中进行了鳍与舭龙骨定常升力干扰的平板试验，给出了试验结果，并建议采用剩余升力系数的概念来评估舭龙骨的整流作用，据此确定舭龙骨的合理尺度和布置。     

波浪中螺旋桨非定常水动力性能研究（英文）

The speed of a ship sailing in waves always slows down due to the decrease in efficiency of the propeller. So it is necessary and essential to analyze the unsteady hydrodynamic performance of propeller in waves. This paper is based on the numerical simulation and experimental research of hydrodynamics performance when the propeller is under wave conditions. Open-water propeller performance in calm water is calculated by commercial codes and the results are compared to experimental values to evaluate the accuracy of the numerical simulation method. The first-order Volume of Fluid(VOF) wave method in STAR CCM+ is utilized to simulate the three-dimensional numerical wave. According to the above prerequisite, the numerical calculation of hydrodynamic performance of the propeller under wave conditions is conducted, and the results reveal that both thrust and torque of the propeller under wave conditions reveal intense unsteady behavior. With the periodic variation of waves, ventilation, and even an effluent phenomenon appears on the propeller. Calculation results indicate, when ventilation or effluent appears, the numerical calculation model can capture the dynamic characteristics of the propeller accurately, thus providing a significant theory foundation forfurther studying the hydrodynamic performance of a propeller in waves.     

中国大型升船机研究进展*

回顾了近年来中国在升船机领域所取得的研究进展。首先介绍了具有自主知识产权的新型水力式升船机在基础理论及输水阀门防空化、船厢抗倾覆等方面的最新研究成果,该形式升船机的收敛稳定性通过原型观测得到充分验证。其次介绍了中国特有的船厢下水式升船机水动力学及运行安全关键技术、传统升船机安保措施上的创新技术。此外对大型升船机水动力学基础研究、升船机三维数值模拟技术等方面的成果做了总结。     

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.     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。