线列阵稳定器深水域阻力性能研究

采用RANS方程,结合计算流体动力学软件FLUENT中的标准k-ε模型对线列阵稳定器的阻力性能进行数值模拟。计算在深水域拖动时不同种类的线列阵稳定器的阻力大小,并将数值模拟的结果与水池实验结果进行对比。结果表明,利用FLUNET软件对线列阵稳定器的阻力性能的预测结果精度较高,可以准确地计算出在深水域拖动时的流体的阻力大小,为线列阵稳定器阻力性能的研究提供了可靠的数值模拟的依据。     

基于快速性和耐波性的倒V型船首改型设计

利用CFD数值模拟仿真计算,以减摇减阻为目的,在倒V形船艏的基础上进行船艏改型设计。利用商业软件FineMarine对原型和改型的静水阻力、波浪增阻、纵摇幅值、升沉幅值、波浪中的运动响应等进行数值计算,并对比计算结果,评价改型效果。计算结果表明,改型后静水阻力、规则波中的升沉和纵摇均有不同幅度的减小。     

三体船阻力数值计算及方案优选

采用CFD技术模拟了船池试验三体船型在不同速度下的粘性流场,计算中考虑了自由表面效应影响,数值模拟结果与试验结果进行了比较,然后在此基础上计算了侧体对应于不同纵横向位置时的9种三体船方案的总阻力.分析比较各方案的计算结果后,得出三体船阻力性能较优时侧体布局的一般规律,即侧体纵向位置变化对三体船静水阻力性能影响较大,当侧体横向位置不变,在较高速度时侧体纵向向后布置对阻力性能更有利.最后按阻力性能,从9种计算方案中得出优选方案.     

潜艇近海底与近水面绕流数值模拟研究

采用求解RANS方程的方法,结合RNG k-ε湍流模型,对于某潜艇模型近海底和近水面绕流进行了数值模拟.计算了不同海底深度下潜艇模型的阻力、垂向力和俯仰力矩,也计算了同一海底深度下潜艇阻力随傅氏数的变化,研究表明当海底深度超过二分之一艇长时,海底对阻力的影响可忽略不计.自由液面捕捉采用VOF(Volume of Fluid)方法.计算了不同浸深下潜艇模型的阻力和自由液面波型,同时又研究了同一浸深下阻力和波型随傅氏数的变化趋势.研究表明,当浸深超过三分之一艇长时,自由液面波高迅速减小,自由液面对阻力的影响可忽略不计.计算结果与试验结果吻合较好.     

KCS迎浪中耐波性的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)软件STAR-CCM,对国际集装箱标模KCS在迎浪规则波中的运动响应和波浪增阻等主要耐波性能进行数值计算。采用动态重叠网格处理船体运动,同时利用VOF方法模拟自由面波形演化情况。计算结果显示:动态重叠网格具有较强的适应性,能较好地处理船体的大幅运动,计算得到的船体运动幅值能与试验结果相一致,静水和波浪中的阻力计算结果与试验结果能较好地吻合;从自由面波形方面看,KCS船体兴波与来波存在较强的相互干扰,当波峰撞击船首时,波面起伏较大,数值计算能较好地模拟这些流动现象。     

拖曳力对滑行艇航行性能影响的试验研究

为了研究滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台的可行性,通过模型试验方法对滑行艇在静水和波浪中的阻力性能及航行姿态变化情况开展研究,分别在非拖曳与拖曳2种工况下进行试验。在静水条件下,研究了滑行艇在不同航速时的阻力及航态变化,讨论了拖曳力对航行性能的影响。在规则波条件下,对滑行艇在排水状态和滑行状态,以及不同波长、不同波高的情况下进行模型试验,讨论了拖曳力对阻力平均值、纵摇、垂荡以及首部加速度的影响程度。通过试验结果对比分析,总结了拖曳力对滑行艇阻力及航态的影响规律,并提出了滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台时的建议。     

50m围网渔船波浪增阻数值模拟

采用STAR-CCM软件,以一条50m围网渔船船模为研究对象,分别计算研究了其约束运动模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船在静水运动中数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高和波长的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了在考虑纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波高和波长的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

静水中自由船模拖曳CFD模拟方法研究

基于BANS方程结合VOF处理自由面,建立了自由船模拖曳的数值模拟方法,并用于数条水面船模阻力的数值计算.数值模拟结果与模型试验的比较表明:在全Fr范围内,阻力数值计算结果与模型试验相差2%～3%之内,较拘束模计算准确度大为提高;兴波计算结果同样有明显改善;船模姿态的计算结果与模型试验也比较接近.建议在进行中高速水面船自由面绕流问题的数值计算时,使用自由模方法模拟.     

50 m围网渔船波浪增阻数值模拟

以一艘50 m围网渔船船模为研究对象,采用STAR-CCM软件计算研究其约束运动模型在静水和迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船静水运动数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高、不同波长的波浪中的阻力进行计算和比较,研究了纵倾和升沉情况下渔船在波浪中的阻力计算结果的差异,结果表明渔船在波浪中的总阻力计算结果随波高和波长的变化存在一定差异,实际航行中波浪增阻会造成约0.5 kn的航速损失。     

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题,本文在验证数值计算方法可行性的基础上,开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著;而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象,这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。     

一种潜艇近水面的Havelock源面元法（英文）

A panel method is described for calculating potential flow around near-surface submarines. The method uses Havelock sources which automatically satisfy the linearized free-surface boundary condition. Outputs from the method include pressure field, pressure drag, wave resistance, vertical force, trim moment and wave pattern. Comparisons are made with model tests for wave resistance of Series 58 and DARPA SUBOFF hulls, as well as with wave resistance, lift force and trim moment of three length-to-diameter variants of the DSTO Joubert submarine hull. It is found that the Havelock source panel method is capable of determining with reasonable accuracy wave resistance, vertical force and trim moment for submarine hulls. Further experimental data are required in order to assess the accuracy of the method for pressure field and wave pattern prediction. The method is implemented in the computer code "Hull Wave" and offers potential advantages over RANS-CFD codes in terms of speed, simplicity and robustness.     

A havelock source panel method for near-surface submarines

A panel method is described for calculating potential flow around near-surface submarines. The method uses Havelock sources which automatically satisfy the linearized free-surface boundary condition. Outputs from the method include pressure field, pressure drag, wave resistance, vertical force, trim moment and wave pattern. Comparisons are made with model tests for wave resistance of Series 58 and DARPA SUBOFF hulls, as well as with wave resistance, lift force and trim moment of three length-to-diameter variants of the DSTO Joubert submarine hull. It is found that the Havelock source panel method is capable of determining with reasonable accuracy wave resistance, vertical force and trim moment for submarine hulls. Further experimental data are required in order to assess the accuracy of the method for pressure field and wave pattern prediction. The method is implemented in the computer code “HullWave” and offers potential advantages over RANS-CFD codes in terms of speed, simplicity and robustness.     

The drag on an airplane taking off from a floating runway

The motions of an infinitely long, two-dimensional runway subjected to the dynamic moving load imposed by an airplane taking off are investigated. The runway is assumed to be floating in an inviscid fluid and is initially at equilibrium before the plane takes off. The deformation of the runway resulting from the take-off is wave-like and moves in the same direction as the plane. The maximum drag occurs when the plane catches up with the first wave. Three different runway configurations were considered: a baseline and ones which were ten and one hundred times more flexible than the baseline. For these runways, the added drag to the aircraft was very small, ranging from 1% for the stiffest to 10% for the most flexible runway.     

两相流相互作用下的船模微气泡减阻性能数值仿真

基于两相流理论,对集装箱船船模进行微气泡减阻性能数值仿真研究。分析船模在不同喷气口位置、流体含气率、不同喷射速度和角度下的流场分布和减阻效果。结果表明：当流体微气泡含量过高时,会增大船体摩擦阻力,流体含气率为10%~20%时,有较好的减阻效果,喷气口位置在距离球鼻艏后缘约三分之一船长附近具有较高的空气覆盖率,喷气口喷气方向垂直向下所产生的减阻效果比喷气方向偏向船侧效果要好,且船速较高时可允许较高含气率流体注入流场并增大减阻效果。     

潜伏式高速船型变航态自航数值模拟

针对一种具有半潜-水面航态变换功能的新型潜伏式高速船型,基于非稳态RANS方程组与VOF模型求解粘性流场,结合动态流域边界与滑移网格技术,对目标船在垂直面内三自由度运动及其喷水推进器叶轮随船定轴高速旋转的耦合运动进行数值模拟。结果表明：在相同主机平均转速条件下,所预报自航点体积傅氏数与自航模型试验结果的相对误差在7%以内;从半潜到水面的航态变换过程中,船体有显著的纵倾与升沉,船体主要克服压差阻力,船体兴波由相互叠加的首波、肩波、尾波逐渐发展为首尾分明的两个波系,在喷水推进器射流区内捕捉到生成和发展的高强度涡系。     

超细长三体船阻力计算研究

主船体为超细长体,两侧配置两个小侧体而形成的三体船是一种很有潜力的新船型,近年来已引起了广泛的关注。本文对三体船的阻力原理进行了分析,以“相当平板”假设为基础计算摩擦阻力,采用“1＋k”的方法计算形状阻力;采用线性兴波阻力理论建立三体船的兴波阻力计算方法,提出了一套计算三体船阻力的完整方法。经与船模试验结果比较,采用本方法预报三体船的阻力,Cw的计算结果可以定性地反映侧体布置位置对三体船兴波阻力的影响,计算结果比较接近实际情况,具有一定的可靠性,可用于该船型的阻力预报。     

超大型集装箱船能效设计指数优化研究

采用船型优化方法就超大型集装箱船10 000TEU的能效设计指数(EEDI)进行优化.文中以降低对主机功率的需求、提高能效设计水平为目标,优化该超大型集装箱船的阻力性能.优化时利用平移法和径向基函数方法进行船体曲面重构,并分别采用基于Rankine源非线性势流理论和边界层动量积分计算兴波阻力和摩擦阻力,最后同时使用遗传算法(NSGA-Ⅱ)和序列二次规划算法(NLPQL)在设计空间中探索满足约束条件的阻力最优船型.结果表明,通过该优化方法获得的最优船型,其能效设计指数优化程度明显,能够满足现阶段IMO对新造集装箱船计及折减系数后的强制要求.     

船用首升力体水动力影响分析研究

首升力体技术已被CFD、缩比模型试验、实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可降低船舶运动,提高船舶耐波性.本文采用VOF方法捕捉自由液面,对有自由液面情况下,不同攻角、不同浸深和不同航速的首升力体,计算了首升力体的升力、阻力和自由面兴波等.     

大型船舶综合减摇系统的研究

本文在分析船舶的综合减摇问题以及船舶主要减横摇装置的优缺点的基础上,针对船舶的减横摇问题,兼顾船舶的静倾问题,提出了可应用于全工况下的船舶综合减摇系统.综合减摇系统是由减摇鳍、减摇水舱和抗静倾平衡水舱组成的.这种综合减摇系统既综合了鳍与水舱的优点,又克服了减摇鳍和减摇水舱各自的缺陷.以高速滚装船为例,建立了"船舶-减摇鳍-被动式U型水舱"系统的运动方程并进行了计算机仿真.通过对仿真结果的讨论和分析得到如下结论:这种综合减摇系统具有良好的减摇能力;在各种航态下(包括零航速)都能达到减摇要求;综合减摇系统的减摇性能远远好于单独使用减摇鳍和减摇水舱的性能.船舶综合减摇系统的提出为大型船舶的综合平衡开辟了新途径,这种设计方法对大型水面舰船、尤其对有舰载机的船舶及两栖作战舰船的综合减摇具有重要意义.