扰流板对高速巡逻艇回转性能的影响

采用CFD数值模拟的方法,以某20 m级公安巡逻艇为研究对象,对扰流板安装前后该巡逻艇回转运动过程中的流场及水动力特性进行深入研究,分析扰流板对巡逻艇回转性能的影响情况。结果显示,该巡逻艇在安装扰流板后产生了额外的转船力矩和抬升力矩,该水动力特性使得该艇的回转性能得到提升,回转直径减小了11.64%,回转横倾角减小了13.20%。该研究成果为扰流板的推广及使用奠定了技术基础。     

全回转吊舱推进器性能预报—仿真与试验研究

推进器,特别是用于动力定位工况下的大功率全回转吊舱推进器在选型安装前,对其水动力性能准确预测十分重要,其性能好坏直接影响系统最终的定位精度。本研究结合ZPMC研发建造的伸缩全回转吊舱推进器,采用商用CFD软件分别对螺旋桨、导管以及吊舱推进器的敞水性能进行了数值计算,建立了吊舱推进器水动力性能预报的方法。一系列敞水试验结果表明该方法可以较为准确的对包括推力、扭矩及效率等在内的吊舱推进器整体性能进行预测,继而为推进器性能的预报、优化提供参考。     

喷水推进双体船回转性能初探

介绍了喷水推进双体船回转时附连水质量和水动力系数的求法，以及喷泵作用在船体上的纵向推力、侧向力和回转力矩的求法。在此基础上，建立了喷水推进双体船回转运动数学模型，并用MATLAB／Simulink软件对上述数学模型描述的喷水推进双体船的回转性能进行了仿真研究。     

水下滑翔机定常螺旋回转运动特性分析

通过简化滑翔机六自由度运动方程,建立了滑翔机定常螺旋回转滑翔运动的控制方程,给出了求解该方程的迭代计算算法。利用该算法,分别研究了HUST-2号滑翔机重浮力差、横滚角、俯仰角、偏航力及力矩对滑翔机回转运动参数的影响。结果表明,随着重浮力差的增加,滑翔机的滑翔速度、回转半径、俯仰角均接近于线性增加,而攻角与偏角则逐渐减小。滑翔机作回转运动时,存在一最佳横滚角,在该角度下滑翔机即可获得较小的回转半径。随着俯仰角的增加,滑翔机速度与回转半径均基本呈线性增加。垂直尾翼的面积与安装位置对滑翔机的回转特性有重要影响,当安装位置一定时,可通过适当调整垂尾面积的大小来保证滑翔机回转机动的能力。     

大型船舶浅水操纵特性

大型船舶在浅水中操纵水动力和附加质量急剧增大是引起回转能力下降的主因,该文就75 000吨级散货船为实例,预报其在各种水深吃水比H/d下操纵性能.文中介绍了操纵运动方程,船体、桨、舵水动力的计算表达,计算船的要素,计算工况及项目.计算结果表明,随H/d减小,相应工况下的无因次战术直径、纵距及初转期都增大,而超越角有所减小,因此该船舶随H/d减小,其回转能力下降,而纠向和保持航向能力有所改善.     

一种崭新的船舶运行原理

这是一项原理性的发明,已获得22个国家的发明专利.该发明提出一种特别的船体浸湿面外形布局,可在不改变原推进系统及其推进功率的情况下,大大提高船艇的性能:船艇前进时激起水动推进力、附加水动升力和相应的水动力矩,从而大幅度提高航速和航向、横向、纵向的安全稳定性;转弯时激起水动助回转力矩和抗船体横向向心倾覆力矩,使船艇可以很小的回转半径和横向倾侧,安全迅速地完成回转;迎浪前进时激起水动反冲击力、附加水动升力和相应的水动力矩,可以抗颠簸失速、纵摇拍击和横摇摆动,使船艇平稳高速地前进,平稳安全地完成回转.应用该原理建造的小型船艇的实航试验证明了其确实具有上述性能.     

“雉鸡”级高速巡逻艇操纵性实尺度测量

为了确定“雉鸡”级高速巡逻艇操纵性的各项参数，进行了两艘“雉鸡”级高速巡逻艇的操纵性实尺度试验。该系列巡逻艇实尺度的选择是基于能使同等动力条件下操纵性的各项参数达到最优的模拟研究所得的数据之上。试验包括回转试验、不同航速和舵角下的逼近试验、螺旋试验、Z形试验及制动试验，所有操纵性试验都是在良好的天气状况下进行的。主要叙述和分析了该级巡逻艇实尺度试验的结果。     

神经网络在可回转桨实验数据处理中的应用

本文首次提出了用函数型连接网络处理实验数据的方法，并用于处理可回转桨的水动力实验数据，进而分析了可回转桨的水动力性能及船体对可回转桨性能的影响。     

自主水下航行器固定舵对尾舵水动力的影响

自主水下航行器(AUV)为保证尾舵受到撞击等不可控因素而不损坏,通常在全动舵前面安装起保护作用的固定舵。利用三维计算流体力学(CFD)软件对自主水下航行器的全动舵以及安装在全动舵之前起保护作用的固定舵,进行水动力特性分析。分析了固定舵安装之前和安装之后的升阻比,铰链力矩等水动力参数;通过改变固定舵与全动舵之间的缝隙大小,分析各个变量对整体水动力参数的影响,找到了固定舵的最佳安装位置,得出固定舵片对铰链力矩的影响。研究结果为自主水下航行器尾舵部位的保护舵设计提供了理论依据和参考。     

矢量泵喷推进器尾流场特性及操纵性能研究

为改善潜艇泵喷推进器转子盘面流场的不均匀性,降低潜艇噪声,提高潜艇的隐身性能。设计一种取消尾舵的潜艇矢量泵喷推进器,基于RANS方法对潜艇矢量泵喷推进器水动力性能进行数值计算,对潜艇尾流场特性、矢量泵喷推进器的推进性能和操纵性能进行研究,并与常规泵喷推进器作比较。计算结果显示,潜艇采用矢量泵喷推进器可取消尾舵的布置,降低转子盘面流场不均匀性,整体总阻力降低,推进器收到功率减小,推进效率提高19.9%;在0°～30°操舵舵角范围内,矢量推进器最大偏转力矩大于常规泵喷推进器+尾舵的偏转力矩。在相同的操舵角度下,矢量泵喷推进器偏转力矩大于常规泵喷推进器,说明潜艇安装矢量泵喷推进器可满足航行机动性的要求。这项研究为降低潜艇桨盘面不均匀性,提高潜艇声隐性能提供了新的途径。     

冰水混合环境下船舶操纵性回转试验研究

针对一艘典型极地冰区船,开展了冰水混合环境下的船舶回转试验研究。试验采用70%密集度的非冻结模型冰,以全约束模型方式在旋臂水池中进行,测定了固定半径不同漂角下船舶所受到的纵向力、侧向力和偏航力矩。试验结果表明：在回转过程中,船体周围的碎冰产生了翻转和堆叠现象,船体与碎冰发生随机碰撞,影响船体水动力特性;随着漂角的增大,船体受力呈非线性的增加趋势。研究成果可为冰区船舶机动回转特性的研究提供技术依据和参考。     

中速艇回转性能研究

建立并求解了中速艇稳定回转的运动方程。对运动方程中裸船体和附体的水动力导数、舵作用力和力矩、多个螺旋桨对回转的影响进行了估算。以120t级渔政船为例，进行了稳定回转直径和横倾角的计算，并与实船扩式航结果进行比较。     

调距桨转叶力矩数值预报研究

采用RANS方法结合SST k-ω模型计算了某调距桨的敞水性能。通过对桨叶表面的压力积分得到水动力转叶力矩。对于J=0的系泊工况,采用多项式函数外插法求解水动力转叶力矩,以避免数值计算在超低进速系数条件下容易发散的问题;同时采用数值方法计算离心力转叶力矩。计算结果表明不同螺距下的敞水特性、水动力转叶力矩系数和离心力转叶力矩系数的数值计算结果与试验数据吻合较好,验证本文所提方法在调距桨转叶力矩求解的可靠性。     

深海潜水器运动操纵仿真研究

为研究深海潜水器水下运动特性,对某深潜器水下空间运动开展仿真研究。本文给出了深海潜水器六自由度运动方程,基于C++自编程序解算潜水器运动方程,MFC对话框显示潜器重要参数,完成了深海潜水器运动仿真软件的开发,并对回转运动以及定深下的回转运动进行仿真研究。研究结果表明：该深潜器具备良好的空间机动性,由于外形上下不对称而导致产生向上的微弱水动力特性;定深状态下的回转直径相对较小,反映出垂向诱导水动力对回转直径的干扰影响,通过定深控制可保证深潜器能够较好地完成水平面回转运动作业。     

大功率全回转推进器水动力学性能研究

大功率全回转推进器是大型海洋装备在复杂海况下确保精确定位的关键推进系统,其水动力学特性将直接影响到整个推进系统的服役性能。基于计算流体力学(CFD)基础理论,建立某型全回转推进器水动力学数值仿真模型,获得其水动力学特性。在此基础上,采用准定常计算方法分析不同回转角度下推进器产生的推力和扭矩,获得其在全回转过程中的水动力学性能变化规律。计算结果表明,当进速比为0.55时该推进器效率达到最大值0.704;在全回转过程中推力系数呈现M型曲线,分别在120°和240°回转角时推力达到最大值。在回转角为120°时,桨叶吸力面与推力面之间压差最大,此时会造成桨叶上产生较大的应力。本文所开展的大功率全回转推进器水动力学特性研究为综合评价其疲劳寿命及服役性能提供了参考依据。     

滑行艇旋臂试验及其操纵性计算预报

根据滑行艇Ｆｒｏｕｄ数高、排水量小的特点，采用约束模旋臂试验加性预报方法研究该艇操纵特性，考虑到该艇回转时具有较大的横倾，本艇操纵性预报的数学模型，采用纵向、横向、回转和横摇的４个运动方程，其中船体水动力采用该艇模型旋臂试验结果。文中给出了６种工况下回转及Ｚ形机动的计算结果，并由此评价该艇操纵性能。     

对转式全回转舵桨的立柱优化分析

[目的]旨在研究立柱对对转式全回转舵桨敞水性能的影响。[方法]采用基于雷诺平均方法与k-ω湍流模型,对不同立柱型式的对转式全回转舵桨进行模型尺度和实尺度下的水动力性能预报,研究流场特性并监测后桨伴流,分析优化前后立柱尾部的流动分离现象。[结果]结果表明,立柱前缘削薄并整体前移的优化方案,使得整个舵桨的敞水推进效率提高1.01%;立柱采用扭曲设计且切面引入拱度的优化方案,使得敞水推进效率提高1.15%。另外,模型尺度的立柱尾部流动分离比实尺度的严重。[结论]研究表明,优化后的立柱可以改善立柱尾部的流动分离现象,提高后桨吸收前桨的尾涡能量,增加后桨流入量,对于提高对转式全回转舵桨的推进性能具有工程实用意义。     

一种降低潜艇升降桅杆回转力矩的改进设计

开展潜艇升降桅杆回转机构改进设计,减小桅杆回转力矩,以便于艇员操作使用。通过对升降桅杆回转机构进行分析,采用增加推力滚子轴承的方式以降低回转力矩,并通过台架试验进行测试验证。研究结果表明,改进方案在保持桅杆对外接口不变情况下,显著降低了桅杆回转力矩,台架测试最大值远小于指标值。改进设计解决了潜艇升降桅杆回转力矩过大问题,工程实施性好。     

高速排水艇回转性能估算

建立并求解高速排水艇稳定回转的运动方程。对运动方程中裸船体和附体的水动力导数、舵作用力和力矩、多个螺旋桨对回转的影响等进行估算。并以120t级渔政船为例，进行稳定回转直径和横倾角的计算，并与实船的试航结果进行比较。     

水下航行体回转水动力数值计算研究

准确预报水动力对水下航行体的安全操纵设计而言至关重要。基于商用软件FLUENT数值求解RANS方程,采用定常旋转坐标系,运用相对运动理论及运动叠加原理,并对控制方程中向心力源项空间离散误差进行修正,预报水下航行体做单平面回转运动的受力及力矩。在Re=11.7×106条件下,力和力矩预报精度的偏差在12%以内,表明所采用的数值预报方法有效、可行,具有较好的工程实用价值。