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%。     

Database of sail shapes versus sail performance and validation of numerical calculations for the upwind condition

A database of full-scale three-dimensional sail shapes is presented with the aerodynamic coefficients for the upwind condition of International Measurement System (IMS) type sails. Three-dimensional shape data are used for the input of numerical calculations and the results are compared with the measured sail performance. The sail shapes and performance were measured using sail dynamometer boat Fujin. This is a boat of 10.3-m length overall in which load cells and CCD cameras were installed to simultaneously measure the sail forces and shapes. At the same time, the sailing conditions of the boat, e.g., boat speed, heel angle, wind speed, and wind angle, were measured. The sail configurations tested were: mainsail with 130% jib, mainsail with 75% jib, and mainsail alone. Sail shapes were measured at several vertical positions for the shape parameters defined by: chord length, maximum draft, maximum draft position, entry angle at the luff, and exit angle at the leech, all of which finally yield three-dimensional coordinates of the sail geometry. The tabulated shape data, along with aerodynamic coefficients, are presented in this article. In addition, numerical flow simulations were performed for the measured sail shapes and the sailing conditions to investigate the capability and limitations of the methods through detailed comparison with the measurements. Two numerical methods were used: a vortex lattice method (VLM) and a Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS)-based computational fluid dynamics method. The sail shape database, in association with the numerical results, provides a good benchmark for the sail performance analysis of the upwind condition of IMS type sails.     

CFD performance prediction simulation for hull-form design of sailing boats

A new simulation method is developed for the design of sailing boats. A time-accurate, finite-volume method is combined with the equations of motion, and the hydrodynamic properties of sailing boats are predicted. The hull configuration is designed by a CAD system, and a boundary-fitted grid system is generated for the finite-volume method. Six components of forces and moments are derived by integrating surface pressure and tangential stress, and input into the equations of motion. The translational or rotational motions obtained are represented by the deformation of the grid system. This is repeated in a time-marching procedure. This system is applied to the prediction of both steady and unsteady sailing performance of boats. The degree of accuracy is examined, and two examples of performance simulation are presented.     

潜艇近水面航行兴波特征研究

潜艇作为一种水下航行器，其近水面运动时产生的绕流场远比无界直航运动时要复杂得多，其近水面航行时对自由液面的影响不容忽视。本文采用粘性流体力学计算方法，对SUBOFF潜艇近水面航行时的粘性绕流场进行模拟，对自由液面的兴波进行计算，并对波形特点进行深入分析。通过本文的研究，得到潜艇近水面航行时自由液面兴波的特点和相关规律。     

水下航行器近海底铺缆运动仿真研究

使用水下航行器进行铺缆较水面船铺缆有众多优势。为了快速有效地完成铺缆任务,该文对水下航行器近海底铺缆运动进行了仿真研究,分析了放缆速度、相对海流速度和航行高度等参数对铺缆运动的影响。在此基础上,为一台载人潜水试验艇拟定了近海底铺缆试验方案,并成功完成了试验任务。     

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。     

破损舰艇拖航稳度分析

破损舰艇拖航稳度是拖航安全性研究的重要方面.拖力作用、破损进水和波浪作用对破损舰艇的稳性产生较大影响.通过给出舰艇在波浪扰动情况下,舱组进水的被拖带破损舰艇稳度的计算方法,分析了各种航向航速对于稳度的影响,提出了提高破损舰艇拖航稳性措施,对于保障破损舰艇拖航安全具有一定的理论价值和实践意义.     

Hydro- and aerodynamic analysis for the design of a sailing yacht

The results of the design analysis for a sailing yacht’s hull and sails are reported. The results were used to confirm the design of a 30 ft long sloop, which was planned, designed, and built in Korea for the first time in history. Flows around a sailing yacht above and under the free surface were analyzed separately using both computational and experimental methods. For the underwater flow analysis, turbulent flow simulations with and without free surface wave effects were carried out for the canoe hull with keel/rudder. The computed drag and side forces on the hull model were compared with the measurement data obtained from the towing tank experiments. In order to assess the sail performance, another set of computations was carried out for the flow around a sail system composed of main and jib sails with a mast. The present study demonstrates that, for the design analysis of a sailing yacht, computational fluid dynamics techniques can be utilized with a reasonable level of confidence.     

超宽“海上渔场”海运砰击数值模拟与分析

考虑到半潜船海上运输超宽悬垂货物过程中可能发生波浪砰击,提出利用波浪势流理论及超宽悬垂货物海运过程中砰击控制条件的数值模拟方法,以半潜式“海上渔场”载运为例,利用OCTOPUS软件建立计算模型,模拟海运过程中不同海况、航行吃水及航速情况下,船舶横摇、纵摇、垂荡、“海上渔场”砰击发生概率及砰击载荷的变化情况,“海上渔场”海运过程砰击数值模拟结果与工程实际数据十分吻合,验证了数值模拟方法的合理、可行。     

基于模糊综合评价的帆船行驶最优路径规划方法

路径规划是帆船比赛取胜的重要环节。综合栅格法和模糊概念,提出了基于模糊综合评价的帆船行驶最优路径规划方法。该方法采用栅格法建立帆船航行的二维平面信息,以模糊逻辑为基础,结合帆船的运动信息建立帆船在运动平面上的二维隶属函数模型,并采用模糊综合评价思想,综合考虑行驶速度和接近目标2个因素建立综合评价函数,进行行驶方向决策。利用宽度优先搜索算法实现全局最优路径搜索。仿真结果证明,该路径规划方法能够取得较好的规划结果,对指导帆船运动员进行科学训练有很好的应用价值。     

潜艇应急上浮稳性研究

通过对应急上浮运动及高压空气吹除主压载水舱规律的简化,给出了潜艇应急上浮运动方程.将上层建筑的背水量作为临时加载,推导出应急上浮稳性计算方法.将非定常势流理论用于应急上浮运动流场分析与水动力计算.考虑了非线性自由表面条件,在应急上浮运动中随时进行流场以及自由表面的运动计算,从而实现了应急上浮运动与流场的耦合求解.采用将艇体及自由表面划分成四边形单元的方法计算流场,用Adams方法计算自由表面运动和艇体上浮运动.文中给出了某潜艇应急上浮运动和稳性的算例,计算结果验证了方法的可靠性.     

潜艇在海洋密度锋中受绕运动建模与仿真研究

根据分析潜艇通过海洋密度锋区的受力特点,建立潜艇在海洋密度锋中的受力和垂直面运动模型。通过潜艇垂直面运动仿真,分析自由运动、PID操舵控制、操舵加均衡控制和综合运用增速、操舵加均衡控制等情形下海洋密度锋对潜艇纵倾角、潜浮角和升沉运动的影响,结果表明综合运用操舵、增速和均衡进行控制可以更为有效地控制潜艇在海洋锋区航行深度和运动姿态。     

基于Level-set法的液舱液体晃荡数值模拟

船舶液舱中液体晃荡现象已引起人们的深刻关注,液体晃荡载荷与效应成为航行中载液船舶安全性评估的重要内容之一.该文基于Level-set法,对一矩形液舱的两种工况下舱内的液体晃荡进行了数值模拟.通过计算,得到了液面起伏和压强的时间历经,结果显示Level-set方法可有效地模拟液体晃荡问题.     

滑行艇纵向运动响应与静水航行数值模拟分析

运用CFD软件FLUENT,采用动网格技术,通过编制的运动预报程序求解耦合运动方程,比较滑行艇排水航行、过渡航行、滑行三种不同状态下航行姿态及周围流场情况,分析了滑行艇响应运动过程中重心位置及纵摇角度的变化,并展开对应工况下滑行艇以固定姿态不涉及动网格技术的静水直航数值模拟,将计算结果与运动响应结果比较分析.得出了滑行艇由排水航行状态过渡到滑行状态底部动压力变化.为关于滑行艇水动力性能的研究提供了可靠的计算研究模型.     

消波水翼和压浪板对高速圆舭艇航态与阻力的影响

应用大展弦比滑行面理论和近水面短翼理论建立了安装在高速圆舭艇上的消波水翼、压浪板升力计算方法,据此研究了消泼水翼、压浪板引起的艇航态变化及其对阻力的影响。理论计算结果与模型试验结果的比较验证了所提计算方法的实用性。     

船用防避台风决策系统基本技术

运用相对运动原理求出船舶避离台风的基础可航扇区；根据预报的风浪场，计算出产生船舶“谐摇”的扇区；根据船舶性能和波浪预报，用等航时线法求出最少航时扇区；采用最优控制理论，在基础可航扇区内剔除“谐摇”扇区，并与最少航时扇区进行优化，最终得到既安全又省时的船舶避离台风的最佳可航扇区。把防避台风的整个决策过程开发成业务化的软件包，从技术上帮助船长加快避台决策速度，提高避台实施精度，达到安全经济的防避台风的目的。     

基于CFD的规则波顺浪数值水池模拟

基于CFD（ Computational Fluid Dynamics）和粘性数值波浪水池技术,对顺浪航态的规则波波浪环境进行数值模拟,采用边界造波法进行波浪生成,VOF（Volume of Fluid）法模拟自由面。本文改进了传统的基于规则波的顶浪数值模拟方法,在特定波浪、不同航速条件下进行了顺浪航态的数值水池模拟。根据模拟呈现的动态效果,以及与Matlab仿真结果的对比,对试验的准确性进行验证。     

无人艇自主避障算法设计与仿真

文章针对无人艇全局路径规划航线上可能存在未知静态障碍物,影响其安全航行的问题,提出加装超声波传感器和罗盘,分别用于测量无人艇航行过程中与障碍物的距离信息和偏航角,作为无人艇运动控制器的输入。同时设计了包含岸基和船载的无人艇运动控制系统,采用模糊控制算法实现自主避障功能,依靠专家经验制定无人艇运动控制规则,依据航速和传感器探测距离设计隶属度函数,Matlab仿真路径有效避开了障碍物,得到了安全的航行路径,验证了算法有效性。     

操纵运动潜艇水动力计算研究

采用FLUENT软件对一模型艇在不同漂角下运动的升沉力系数和表面压力分布进行计算,验证了该软件解决此类问题的有效性。在此基础上,对作操纵运动的潜艇主体和带附体的全艇体,在一定攻角和漂角下的垂向力、俯仰力矩和横向力、纵倾力矩进行计算,取得了工程上较为满意、实用的精度,为解决潜艇操纵运动水动力预报的困难做出了有益的探索。     

移动粒子半隐式法的大涡模拟研究与应用

研究了移动粒子半隐式法(MPS),结合Smagorinsky涡粘模型,实现了MPS的大涡模拟。针对MPS中原自由表面判别方法容易造成非自由表面粒子被误判这一缺陷,提出了一种新的基于邻居搜索的混合判别方法,该方法在原方法容易出错的阶段使用邻居搜索,搜索范围和MPS模型中梯度模型一致以减少计算量,使用表明该方法能够较准确地识别自由表面并显著地减少原自由表面判别法导致的误判现象。在压力震荡现象方面,使用了一种时间-面积混合平均法。最后模拟了溃坝模型和半满液箱模型,模拟的结果同实验值基本保持一致。