基于回归分析方法的船舶阻力估算

阻力预测是船舶设计的重要环节。本文采用多种阻力预测方法对KCS船舶、KVLCC2船舶、Wigley船型以及NPL圆舭艇的阻力进行估算,验证多种阻力预测方法的计算精度和可靠性,探究各种阻力预测方法的适用范围。结果表明,基于回归分析方法计算常规排水型船舶阻力和基于细长体方法计算瘦长船型和方尾船阻力的方案可行。船型特征是选择阻力预测方法的首要因素。细长体理论计算的自由面波形结果基本令人满意。本文对船舶阻力估算方法的研究起到一定的借鉴和参考作用,同时也提供了一系列阻力计算的验证算例。     

基于变复杂度方法的船舶型线优化

介绍变复杂度方法的基本原理,给出变复杂度的优化框架;以克里索集装箱船(KCS)船舶兴波阻力为目标,采用变复杂度方法对KCS艏部型线进行优化,得到兴波阻力下降的船型,并对优化结果进行对比分析。结果显示,变复杂度方法的计算结果具有一定可靠性,可显著提升船型优化效率,具有一定的工程实用价值。     

参数化船型的阻力计算

以KCS船型为研究对象,用FRIENDSHIP软件创建CFD数值计算所需的几何模型；将船舶阻力分为兴波阻力和粘性阻力两部分计算,兴波阻力通过基于势流理论方法求解Euler方程得到,粘性阻力根据对RANS方程的求解来获取；将计算结果与实验数据进行对比分析.结果表明该参数化模型适用于CFD数值模拟.     

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%.     

基于Rankine源高阶面元法的船舶航行姿态与兴波阻力计算

针对航行船舶的兴波阻力和姿态预报,采用Rankine源高阶面元法求解船舶航行兴波问题。计算时采用叠模线性化自由面条件,对自由面影响系数奇异积分采用源点上置的方法处理,物面奇异积分和立体角则直接求解。就数学船型Wigley、S60和KCS集装箱船的航行兴波阻力与姿态分别进行了数值计算与分析,计算中根据姿态变化重新划分船体湿表面,进行迭代计算,不同航速下的姿态、兴波阻力和船侧波高与试验结果比较,吻合良好,自由面波形真实反映了物理现象,研究表明本文方法能准确地预报船舶航行姿态和兴波阻力,对不同船型和航行速度有着广泛的适用性。     

14000 kW救助船恶劣海况下失速系数数值研究

为研究救助船舶在恶劣海况条件下的失速性能,保证救助船舶的航行安全性,选取非线性势流计算方法和黏流CFD方法,计算KCS船在静水和规则波中的波浪增阻及船舶运动.将计算结果与船模试验数据进行对比可得:2种数值模拟计算方法在计算波浪增阻时,误差均在3.6％以内,但非线性势流理论方法相较于黏流CFD方法能够大量节约时间.因此,选定非线性势流理论计算方法为救助船数值试验计算方法,将救助船非线性势流理论计算结果与静水船模试验结果对比,在设计航速17.5 kn时,阻力误差绝对值为2.22％,选取方法有效.根据ITTC 2014年提出的失速系数计算方法进行目标船型失速预报,在设计航速17.5 kn条件下,5级海况时失速系数最大,为0.93,7级海况时失速系数最小,为0.66.     

船体形状因子的数值分析

进行低速下的船舶缩尺模型的阻力试验,将总阻力视为黏性阻力,获得船体形状因子(1+k),用于实船总阻力的预报,考虑到在低速下仍会存在兴波阻力的影响,采用商业CFD软件以叠模的数值模拟方法分别对某KCS、散货船、高速单体船船模进行船体形状因子的计算,并将数值模拟结果与模型试验获得的船体形状因子进行对比,结果表明,采用数值模拟的方法获得船体形状因子是可靠。     

基于SDM方法的船艉伴流场尺度效应研究与修正

以KCS为研究对象,利用CFD计算软件STAR-CCM+,计算不同尺度下KCS船伴流场的分布情况,分析尺度效应对船舶伴流场的影响。为修正由尺度效应引起的模型尺度与实尺度船模船艉标称伴流场的误差,借鉴智能假体模型(SDM)的概念,并通过软件Friendship中的Framework模块对原模型的艉部进行修改,讨论不同收缩程度的艉部变形对修正伴流场尺度效应的作用。结果表明:SDM方法对修正伴流场尺度效应的作用效果明显,且通过模型尺寸的收缩变形基本可以达到目标伴流场的伴流分布形式。     

基于CFD技术的船型参数对船体水动力性能影响研究

船型参数对船体水动力性能的影响至关重要,合适的船体型线能够有效改善船体各方面性能。本文以KCS船型为例,首先采用CFD方法建立三维数值水池,通过VOF方法捕捉自由液面,并将RANS方程作为控制方程,模拟船体在不同速度下的总阻力和纵摇、升沉幅值。然后与实验值进行对比,结果表明本文采用的方法能够准确计算KCS船型的水动力性能。最后,研究船体长度和船体宽度的变化对船体水动力性能的影响。结果表明,船长对船体的水动力性能影响较大,而船宽仅对船体纵摇角度有较大影响。     

从几种船型阻力的数值计算探讨FLUENT软件

为了探讨商业计算流体力学软件在船舶数值模拟中的应用,针对目前在船舶水动力学领域广泛使用的商业流体力学计算软件FLUENT,采用其计算了几种船型的阻力,并将计算结果与试验值进行了对比.基于计算结果与试验数据的对比进行了分析,研究了FLUENT软件在船舶水动力学计算方面的优缺点,探讨了FLUENT软件用于船舶水动力学性能计算的适用性.     

三维波对船舶运动响应影响研究

通常情况,实际海况的波浪更接近三维波,而在船舶运动预报时,目前主要考虑二维波(长峰波)中的响应,不能真正反映船舶在实际海浪中的运动.文中利用不同方法(频域方法、时域方法以及模型)研究了三维波的方向扩散性对船舶运动响应的影响.三种方法得到的三维波对船舶运动的影响是一致的.结果显示,在研究实际海况中的船舶运动时,考虑三维波的方向扩散性是非常重要的.     

一种二维态势显示与三维视景一体化系统设计与实现

在介绍当前二维态势编辑软件与三维视景仿真软件优缺点的基础上,提出一种二维态势编辑显示与三维视景显示一体化的思想来解决独立的二维态势与独立的三维视景显示的不足之处,有机地结合了二维态势的宏观性、整体性、抽象性和三维视景的现实性、直观性的优点,克服了二维态势的抽象多义性和三维虚拟场景漫游的迷失感,并且编程实现该设想.     

基于3D扫描的全息处理及三维构图技术研究

在船舶改装工程中,采用传统的人工手段进行测绘,不仅工作量大,耗时长,而且数据精度难以保证.同时手工测绘的图纸资料无法输入到三维设计软件中,不利于原船结构系统与改装部分的接口管理.本次研究引入了3D激光扫描技术,对原船进行自动扫描,并生成三维模型,直接导入到三维软件中进行设计,缩短了测绘的时间,提高了测量精度,很好的解决...     

基于Civil 3D的三维地质建模方法及应用

三维地质建模是实现岩土勘察BIM动态设计的关键,如何快速、高效地建立能直接应用于指导设计施工的三维地质模型,是工程实践应用中的难点之一。以厦门第二东通道工程地质勘察项目为例,依据野外实测的地形测量数据及钻孔、物探等地质数据,利用Civil 3D强大的曲面功能,首先建立地形曲面和地层曲面单元;其次,利用Civil 3D中"由曲面提取实体"等工具,自地表而下逐层建立三维地质体,并整合生成最终的三维地质模型。此外,通过二次开发建立基于Civil 3D三维地质模型任意剖切补充模块,实现了地质模型的任意剖切及栅格图生成;同时,通过部件编辑器功能,针对沉管基槽进行开挖设计。工程应用结果表明,该建模方法便捷、直观且高效,所形成的模型能直接应用于指导工程设计和施工。     

The effect of finite depth on 2D and 3D cavitating hydrofoils

The iterative numerical method that has been developed for cavitating hydrofoils and surface piercing bodies moving inside a numerical towing tank is modified and extended to the case of fully submerged, both two- and three-dimensional cavitating hydrofoils in water of finite depth, and the effects of subcritical speed, critical speed and supercritical speed are investigated in detail. The iterative numerical method based on Green’s theorem allows separating the cavitating hydrofoil problem, the free surface problem and finite bottom problem both in two and three dimensions. The cavitating hydrofoil surface, the free surface and the surface of finite bottom are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the hydrofoil surface, a dynamic condition is applied with a cavity closure condition on the cavity surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream and transverse boundaries. The source strengths on the bottom surface are zero because of vanishing normal velocity. The method is applied to 2D and 3D cavitating hydrofoils, and the effect of finite bottom on lift and drag coefficients, cavity number and wave elevation is investigated.     

Numerical simulation of 2D and 3D sloshing waves in a regularly and randomly excited container

In this paper,various aspects of the 2D and 3D nonlinear liquid sloshing problems in vertically excited containers have been studied numerically along with the help of a modified-transformation.Based on this new numerical algorithm,a numerical study on a regularly and randomly excited container in vertical direction was conducted utilizing four different cases： The first case was performed utilizing a 2D container with regular excitations.The next case examined a regularly excited 3D container with two different initial conditions for the liquid free surface,and finally,3D container with random excitation in the vertical direction.A grid independence study was performed along with a series of validation tests.An iteration error estimation method was used to stop the iterative solver（used for solving the discretized governing equations in the computational domain） upon reaching steady state of results at each time step.In the present case,this method was found to produce quite accurate results and to be more time efficient as compared to other conventional stopping procedures for iterative solvers.The results were validated with benchmark results.The wave elevation time history,phase plane diagram and surface plots represent the wave nonlinearity during its motion.     

垂直及斜出水流场的二维及三维TR-PIV试验

本文对钝头回转体垂直及斜出水流场采用TR-(Time-Resolved)PIV技术进行测量,并对斜出水流场进行3D-Stereo PIV(三维体视 PIV)测量.文中介绍了测试技术及测量结果,揭示了出水过程中流动结构及其演变,展示了TR-PIV技术对具有瞬态历程特征的出水流场研究的适应性.     

基于Civil 3D的水运工程三维地质模型技术研发与应用

针对水运工程三维地质模型建模效率低下、精度不高、模型难以在工程设计阶段得到有效应用的弊端,结合地质插值计算方法,通过Civil 3D二次开发实现地质层面模型和三维地质模型的快速创建技术,并实现三维地质模型的任意剖切、地质剖面图的生成以及地质模型在桩承载力计算中的应用等。工程实践证明,该技术方法切实可行,可为类似的水运工程BIM技术应用提供借鉴。     

矩阵方程AXAT=D的对称与反对称解及其应用

考虑了矩阵方程AXAT=D有对称与反对称解的充分必要条件,并给出了通解的表达式.作为应用考虑了矩阵方程AXBT±BXTAT=C有解的充分必要条件,给出了通解的表达式.     

二三维互动映射的潜望镜视景仿真系统设计与实现

针对常规潜艇航行训练费用高、周期长、风险高等问题,基于虚拟现实技术并结合潜艇操纵运动理论,开发设计潜望镜视景仿真系统.首先阐述了训练系统的框架,并对各功能模块进行描述.基于军用电子海图开发教练员控制系统,可以进行训练环境设置与场景的控制.通过双缓冲技术实现电子海图的绘制,并应用TrueType字体工具建立常用军标库,实现了军标的绘制.通过实拍纹理数据建立海洋场景模型库,并应用Vega Prime实现了系统的视景渲染驱动.采用DR算法弥补了系统网络通信量的不足,满足了视景仿真的实时性要求.