深V型双断级滑行艇水动力特性的初步数值研究

本文利用模型试验和数值手段对比研究了深V型双断级滑行艇和无断级滑行艇的静水阻力特性,试验结果表明,双断级滑行艇在起滑之后的高速航行阻力及纵向运动稳定性上较无断级模型存在明显优势,在容积弗劳德数为5.21的航速下总阻力降低了19.2%。利用CFD软件CFX能够较好地捕捉到两模型之间的差异,计算结果表明,各断级之后的空穴均随着航速的提升而不断扩张,断级模型总体浸湿面积较无断级模型最大降低了33.4%,并且双断级使得艇底水动高压分布趋于均匀,有利于改善纵向运动稳定性。     

三体滑行艇纵向运动稳定性的数值模拟

为了研究三体滑行艇在高航速下的纵向运动稳定性,利用重叠网格技术对三体滑行艇在失稳时产生的"海豚运动"现象进行CFD仿真。根据艇底的压力分布特征分析了发生"海豚运动"的机理;利用二分法制定了若干计算工况,得到静水航行时的稳定速度上限线和失稳速度下限线,实现了对纵向稳定性界限曲线的逼近。将数值计算结果与模型试验结果进行对比分析,计算值与实验值吻合较好,表明该数值方法具有较好的实用价值。     

双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/▽低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

双断级滑行艇阻力性能优化方法

阻力性能是双断级滑行艇水动力性能最为重要的内容之一,本文提出一种基于CFD模拟的优化方法,结合艇底斜升角、断级高度、断级总长等因素对某双断级滑行艇进行了静水阻力优化及试验验证。结果表明:CFD计算值与模型试验结果吻合度较高,各因素对艇体阻力均有较为明显的影响,断级高度和断级总长的增大一定程度地增强了双断级滑行艇的滑行效率。优化研究实现了双断级滑行艇阻力系数R/?低于0.25的技术指标,验证了基于CFD的优化方法的可靠性。     

滑行艇波浪中纵向运动理论预报的新方法

分析了现有滑行艇纵向运动理论预报方法的不足;根据滑行艇的艇型特点以及模型静水阻力试验和规则波、不规则波的试验结果,提出了滑行艇纵向运动的基本假设;建立了计及浮性和滑行力、滑行力矩影响的滑行艇纵向运动基本方程,提出了预报滑行艇纵向运动的实用计算方法(滑航法)并编制了理论预报程序;比较了忽略浮态变化的全排水量法、只考虑浮态变化的浮航法、同时考虑浮态变化和滑行力、滑行力矩影响的滑航法的计算值和实验值的差别,指出在预报滑行艇纵向运动时,低速宜采用金排水量法或浮航法,中高速时宜采用滑航法.     

水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇纵向运动预报

为了探究水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇的运动响应,本文基于喷水推进滑行艇的高速运动原理,建立了水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇非线性纵向运动数学模型。分析了在水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇滑行过程中的受力特性,确定了艇体受到的重力、浮力、动升力、水翼的升阻力及力矩等。提出了可控水翼对滑行艇运动过程中的升沉量和纵倾角的控制策略。完成了0~8级线性风、周期风、随机风作用下水翼变攻角和水翼变攻角+纵向运动对滑行艇运动升沉量和纵倾角控制结果分析。结果表明,当主机输出功率一定时,水翼变攻角可以控制滑行艇的升沉量,弱化纵倾角幅度,而水翼变攻角+纵向运动可以同时控制滑行艇的升沉量和纵倾角。本文为水气双重介质共同作用下可控水翼对滑行艇纵向运动预报提供了有效的研究方法。     

高速滑行艇的纵向运动分析与仿真研究

针对喷水推进滑行艇的高速滑行原理,建立了其非线性的纵向运动数学模型。首先分析了滑行艇在高速滑行过程中的受力,详细地推导了艇体受到的重力、浮力和动升力,并根据喷水推进器的工作原理,推导了喷水推进力的表达式;然后建立了喷水推进滑行艇的非线性纵向运动数学模型;最后设计了基于该模型的滑行艇纵向运动预报软件,并进行了高速滑行的操纵性仿真试验,仿真结果与船模试验数据吻合较好,表明了该模型能够较准确的预报喷水推进滑行艇在静水中的纵向运动。     

滑行艇海豚运动稳定性分析的仿真验证

首先引入滑行艇纵摇-垂荡耦合的数学表达方程,再对艇体的回复力系数、附加质量、阻尼系数进行了求解和简化。通过引入Routh-Hurwitz稳定性判据,对纵摇-耦合方程进行转化和推导。通过Matlab GUI界面编程设计,对给定参数的模型进行仿真。得到了航速对滑行艇纵倾角、长宽浸湿比的影响规律;验证了船体重心纵向位置对于海豚运动临界稳定速度的影响规律;得到了稳定性参数和船宽弗劳德数的关系曲线。研究成果对于改善滑行艇海豚运动具有理论指导意义。     

迎浪规则波中高速滑行艇运动响应数值预报与分析

为准确计算滑行艇在波浪中的水动力性能,基于粘性理论,采用随体网格技术、耦合求解运动方程,完成了滑行艇在迎浪规则波中运动响应的数值预报.对滑行艇运动响应结果采用时域和频域方法分析,给出了入射波的周期与滑行艇固有频率对滑行艇运动响应的影响分析结果,对数值计算值与模型试验值进行比较.结果表明,数值计算方法可以准确且高效预报滑行艇在波浪中高速航行时的运动姿态及水动力特性,为滑行艇设计提供指导和参考依据.     

浅析表面桨垂向力对滑行艇水动力性能的影响

由于表面桨交替工作于水和空气两种不同的流体介质中会产生很大的垂向力，因而会对滑行艇的水动力性能带来不可忽视的影响。定性来讲，表面桨垂向力会使艇的阻力增加而纵向稳定性提高，但受试验条件的限制，模型试验无法模拟这种垂向力作用。从设计实践的角度分析了表面桨垂向力产生的原因，并指出了可将其影响换算成艇的重心前移来衡量滑行艇阻力及纵向稳定性的变化，为预报采用表面桨推进装置的滑行艇的水动力性能提供了一种实用的方法。该方法的局限性在于，精确计算垂向力大小需依赖表面桨垂向力图谱，而通常情况下，成系列的图谱作为技术机密是不易获得的，只能通过手头有限的资料或经验进行近似估算，但在缺乏模型试验验证手段的情况下，该方法对快艇设计者还是具有很强的指导意义的。     

小水线面双体船纵向运动稳定性的简化判据及分析

本文根据劳斯判据分析了小水线面双体船（SWATH）静水纵向运动方程的稳定性，给出了适合于工程应用的纵向运动稳定性简化判据和临界巡航速度的计算方法。通过对三艘SWATH的实例计算，讨论了船形以及鳍的尺度、纵向位置和组合形式的变化对纵向运动稳定性的影响，提出了一种较完善的提高SWATH纵向运动稳定性的途径。     

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.     

地效翼船起降稳定性研究

地效翼船的起降过程是水动力和气动力相互耦合作用的过程.文章对地效翼船起降过程的特点进行分析,提出了适用此种情况的运动方程,将起降过程的空间运动分解为孤立的纵向运动与横侧运动.使用小扰动线性化分析方法分别研究航向稳定性和纵向稳定性,并且考虑了风、浪对它们的影响.     

大型小水线面双体船纵向运动稳定性及纵向运动分析

以大型小水线面双体船为研究对象,观察其在静水中的纵向运动稳定性以及根据STF方法结合粘性修正方法预报其在波浪上的纵摇、垂荡运动等。首先根据ROUTH稳定性准则从定性角度观察其稳定性,然后从定量角度进行分析,给出其稳定性运动品质评价指标,并与配置稳定鳍后进行对比。最后给出配置稳定鳍后小水线面双体船的纵向运动预报。     

景区游览艇旅客集中一舷稳性计算

根据风景区游览艇的实际营运情况,分析游览艇稳性计算中存在的问题,提出合理的游览艇稳性校核的方法。     

基于遗传算法的带有调纵倾尾板及拦截器的滑行艇水动力性能评估及优化（英文）

Nowadays, several stern devices are attracting a great deal of attention. The control surface is an effective apparatus for improving the hydrodynamic performance of planing hulls and is considered an important element in the design of planing hulls. Control surfaces produce forces and a pitching moment due to the pressure distribution that they cause, which can be used to change the running state of high-speed marine boats. This work elaborates a new study to evaluate the hydrodynamic performance of a planing boat with a trim tab and an interceptor, and optimizes them by using an optimization algorithm. The trim tab and the interceptor have been used to optimize the running trim and motion control of semi-planing and planing boats at various speeds and sea conditions for many years. In this paper, the usage of trim tab is mathematically verified and experimental equations are utilized to optimize the performance of a planing boat at a specificd trim angle by using an optimization algorithm. The genetic algorithm(GA) is one of the most useful optimizing methods and is used in this study. The planing boat equations were programmed according to Savitsky's equations and then analyzed in the framework of the GA-based optimization for performance improvement of theplaning hull. The optimal design of trim tab and interceptor for planing boat can be considered a multiobjective problem. The input data of GA include different parameters, such as speed, longitudinal center of gravity, and deadrise angle. We can extract the best range of forecasting the planing boat longitudinal center of gravity, the angle of the trim, and the least drag force at the best trim angle of the boat.     

铝合金上层建筑参与船体总纵弯曲的特性研究

铝合金材料具有比重和弹性模量小等优良性能,铝合金上层建筑已广泛应用于高速艇与水面舰艇.本文作者应用有限元方法对铝合金上层建筑参与船体总纵弯曲的特性作了较为详细的计算,得到了在纯弯矩作用下铝合金上层建筑与主体之间的应力分布,及总纵弯曲应力在船舯剖面上的分布,并与钢质上层建筑的计算结果进行了比较.文中通过分析获得的一些结论可为铝合金上层建筑设计提供技术支撑.     

通海阀内流场的三维数值模拟

通海阀是船舶内部管路系统与外界连接的重要装置,主要用于各管路海水注入和排出的控制和调节．其性能的好坏直接影响全船各系统甚至整个船舶的性能。在实际使用中发现,通海阀噪声振动加速度偏高,对船舶声学性能产生影响。因此,以通海阀为研究对象,采用Fluent软件对通海阀在不同的开口度和流量下的内流场进行数值计算,给出通海阀阀腔内的速度场和压力场图.根据该可视化结果分析影响通海阀性能和产生噪声的原因,为通海阀的内流道优化提供理论依据。     

基于稳定性理论的张力腿平台横摇固有周期分析

文章以稳定性理论为基础提出了一种张力腿平台横摇固有周期计算模型,分析了横摇临界角对平台横摇稳定性的影响,并将其应用于分析平台设计参数对横摇固有周期的影响。提出在一个横摇周期里,最后稳定横摇临界角对应的时间历程为1/4横摇固有周期这一假设,基于此假设,编制计算机计算程序,计算横摇运动中每一个横摇角,判断其稳定性,找出一个横摇周期内最后稳定横摇临界角对应的时间历程,求解横摇运动固有周期。考虑两种横摇阻尼情况,计算不同初始横摇角、横摇下沉位移、张力腱长度、平台重量和横摇阻尼的横摇固有周期,论证了平台设计参数对横摇固有周期的影响。该计算模型克服了从结构角度计算固有周期工作量大、计算周期长、计算结果不可靠的弱点,使横摇固有周期计算简单、有效。通过与不考虑横摇阻尼的情况对比,分析了横摇阻尼对横摇固有周期的影响。可以快速计算处于设计阶段或者已服役张力腿平台横摇固有周期。结合一型设计中的张力腿平台,应用文中提出的横摇固有周期计算模型对该平台进行了横摇固有周期的计算,并且分析了平台参数对横摇固有周期的影响。结果表明该方法可以对张力腿平台横摇固有周期进行快速计算。并可推广应用于其它海上结构物的横摇固有周期计算。