高速滑行艇喷溅特性研究方法

为了研究高速滑行艇喷溅特性,基于商业CFD软件FINE/MARINE开展了三维滑行艇模型三自由度运动性能的实时数值预报,完成了航速V=2～7 m/s,重心距离艇尾38.1%L、35.1%L共计12种工况下滑行艇的水动力特性、运动性能与航速之间关系的计算,并与试验数据进行了对比,二者吻合良好。将艇体表面的流体特征信息(速度场、压力场和水气体积分数等)导入自编的后处理程序,对艇体节点空间坐标重新生成非结构网格,给定喷溅的判断条件,自动识别和处理艇体喷溅区形状及喷溅阻力构成,论文提出的喷溅处理方法为揭示高速滑行艇喷溅流动内部机理及防飞溅结构形式设计奠定了基础。     

滑行艇喷溅阻力特性模型试验研究

通过开展棱柱型滑行艇喷溅阻力的模型试验研究,提出了一种滑行艇喷溅阻力的计算分析方法.试验选取4组不同初始纵倾角τ=1.5°,2.2°,3.0°,5.0°,每个纵倾角对应2个吃水,分别为:τ=1.5°时吃水dA=37.3,27.3 mm;τ=2.2°时dA=58.0,38.0 mm;τ=3.0°时dA=58.0,48.0 mm;τ=5.0°时dA=73.0,53.0 mm.每个吃水下的航速分别为1,2,3,4,5 m/s共计40种工况.通过在艇底布置压力传感器测量航行过程中受到的水动压力,同时采用高速摄像机拍摄的视频捕捉航行过程中的喷溅区域和滑行面,开展滑行面压力传感器数据的处理分析,确定了滑行艇滑行面的阻力特性,在此基础上采用间接法完成了滑行艇喷溅阻力的分析计算.结果表明:高速滑行状态下,滑行艇的喷溅阻力约占总阻力的22%~35%.     

基于多块结构网格的滑行艇巡航时流场研究

滑行艇是一种依靠动升力高速航行的船体,其流场复杂。为了捕捉滑行艇航行的流场特征,本文根据滑行艇的流场梯度变化建立合适的结构网格,采用RANS结合VOF方法对滑行艇不同航速的运动进行数值模拟,将不同体积傅汝德数下的滑行艇阻力的计算值与理论值和试验值进行对比,验证了数值方法的可靠性。详细分析了滑行艇航行的流场,包括水面兴波、方尾虚长度以及侧向喷溅现象。最后根据滑行艇的流场完整性,设计了外挂对转桨,并给出了自航滑行艇的流场特性。     

基于CFD的滑行艇兴波与姿态模拟分析

滑行艇高速航行时伴有强非线性的喷溅,姿态变化剧烈。论文基于CFD,应用重叠网格技术,对滑行艇从排水、过渡到滑行阶段的兴波、航行姿态和水动力特性进行模拟研究。CFD模拟给出了不同航速下的航行姿态与阻力,与Savitsky公式及相关试验进行了比较;获得了不同横剖面处的压力与方尾后中心线处波高的分布规律。研究表明CFD方法计及了粘性的影响,与Savitsky半经验公式相比,能准确模拟滑行姿态,细致描述滑行艇高速滑行兴波与喷溅,为准确地掌握滑行艇水动力特性提供支撑。     

圆舭艇及尾板水动力性能数值模拟

基于RANS方程,采用k-ε SST湍流模型和VOF两相流模型,对一条圆舭艇进行数值模拟,研究了尾板安装角度对圆舭艇总阻力的影响。将软件数值模拟结果与船模试验值进行对比。研究结果表明：通过CFD软件可预报圆舭艇的水动力性能,改变圆舭艇尾部压力分布是尾板产生减阻效果的主要原因。     

基于罚函数的滑行艇阻力性能优化方法研究

滑行艇的阻力性能优化是设计滑行艇艇体的重要内容之一,如何减小艇体阻力是设计师优先考虑的目标。文章从传统的SIT阻力估算方法着手,分析滑行艇受到的力和力矩,并引入Savitsky对艇体阻力的修正,即考虑因喷溅而产生的摩擦阻力。由于滑行艇的重心纵向位置对阻力性能有很大影响,故通过构造罚函数法,把有约束问题化为无约束问题,利用MATLAB优化工具箱中的fm incon函数计算出最佳的重心纵向位置。最后,通过某滑行艇模型的水池拖曳试验验证了该优化方法的可行性,具有一定的工程参考价值。     

滑行艇气层减阻试验

通过对三种艇型及不同的喷气方式的模型试验，研究了断阶滑行艇模型气层减阻的实施途径及减阻效果，取得了总阻力减少25％以上 结果，提出了一种适合于采用气层减阻技术且阻力性能优良的艇型。垂向舭板可减少滑行艇的高速阻力，但阻力减少的程度与艇型有关。底部斜升角较小时，有利于气层减阻。气层减阻率大于舭板减阻率，对底部斜升角较大且艇底扭曲、艏部设置适当的纵向防溅条、舯部设置楔形板的深Ⅴ型艇，垂向舭板对其阻力的影响不大，这种深Ⅴ型艇的阻力性能较佳，若喷气，其总阻力还可进一步减少15％。孔喷时，孔径采0.5mm或1.3mm对模型阻力的影响甚微，采用0.4mm缝叶的模型阻力比用孔喷时略大，采用较大孔喷或缝喷有利于工程上的喷气实施。     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力数值计算

为了准确预报滑行艇的阻力性能,应用计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件,并结合重叠网格技术和Savitsky方法,对滑行艇的三维黏性流场进行数值模拟和计算的不确定度分析。研究结果表明,滑行艇阻力、升沉及纵倾角等计算结果与试验数据吻合良好,滑行艇的艇底喷溅现象及水-气分布模拟正常,表明论文建议的方法可快速和准确地预报滑行艇的阻力性能。     

滑行艇喷溅区面积及驻点位置变化的模型试验研究

以棱柱型滑行艇为研究对象,开展了滑行艇在高速滑行状态下喷溅区面积及驻点位置变化特征的模型试验研究.模型纵倾角为1.5°,2.2°,3.0°,5.0°,每个纵倾角对应两种尾吃水,分别为37.3,27.3,58.0,38.0,58.0,48.0,73.0,53.0mm,航速为1~5 m/s.艇体喷溅区的流场变化采用高速摄像机拍摄,确定了喷溅区面积和驻点位置的变化规律.结果表明:喷溅区面积与滑行艇纵倾角、吃水及航速密切相关,高速滑行状态下,喷溅区面积随航速的增加而增加,喷溅区面积占滑行面面积的比值为30%~45%;驻点位置随航速的增加向船尾移动,移动距离占船长之比为7.14%~14.28%.     

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。     

滑行艇的垂向面动力特性预报与实测的对比

高速滑行艇的设计对造船工程师提出了特殊挑战。与这类艇型的功率和动力特性有关的运行难点，已有文献资料过广泛报道。滑行艇与排水型船不同，其动力特性及动力特性通常不适用于线性分析，高航速，小纵倾向以及浅吃水产生明显的非线性。滑行的水动力学解析研究最早始于1930年，当时Karman与Wagner对水上飞机降落问题进行了研究。此后，对滑行艇静水稳态特性的研究付出很大的努力。相反，对滑行动态特性却很少加以关注。为了实证一种称之谓POWERSEA的时域滑行模拟器作为预报手段的有效性，做了一定努力。其程序依据的是Martin和Zamick提出的理论。实尺度试验是用一艘25ft,6400lb的艇在佛罗里达州巴拿马城的海军海岸系统站进行的，艇上配备2台三轴加速度计和1台Watson惯量测试设备，在静水和穿越一艘艇的尾流中进行了测试，测试参数包括速度，纵荡和垂荡加速度，纵摇速率和波浪侧形随时间变化的历程，将艇的几何形状和速度以及滤浪侧形图输入至POWERSEA模拟器中，然后将试验数据与合成的动力特性预报进行对比。     

阻流板对滑行艇阻力性能的影响

为研究阻流板对滑行艇阻力性能的影响,进行了不同阻流板深度下的滑行艇模型试验研究,并通过Star-CCM+软件平台对试验工况开展模拟,分析了阻流板的作用机制。结果表明:合适深度的阻流板能够有效的降低滑行艇的阻力和提高运动稳定性;与试验值相比,数值计算的中低速阻力误差小于5%,高速误差小于10%;阻流板减阻的主要原因是改变了艇底的压力分布,降低了航行纵倾角。     

滑行艇波浪中运动性能试验研究

为了探究自主开发的滑行艇耐波性能,在拖曳水池中进行该滑行艇模型不同航速下的静水阻力试验、不同航速下变波长顶浪规则波试验与对应不同海况的不规则波试验,试验过程中记录阻力值和纵向运动响应值。对试验结果处理分析后发现:在排水体积傅氏数Fr=3.713时,滑行艇在5倍于船长的波长附近具有强烈的运动响应,出现了抨击和出水现象;与传统深V滑行艇相比,短波中该滑行艇具有更小的运动响应,滑行艇阻力增值较深V滑行艇有所减小;垂荡响应与航速与波高具有较好的线性关系,纵摇响应航速与波高具有弱非线性。     

滑行艇波浪中运动性能试验研究

为了探究自主开发的滑行艇耐波性能,在拖曳水池中进行该滑行艇模型不同航速下的静水阻力试验、不同航速下变波长顶浪规则波试验与对应不同海况的不规则波试验,试验过程中记录阻力值和纵向运动响应值。对试验结果处理分析后发现:在排水体积傅氏数Fr=3.713时,滑行艇在5倍于船长的波长附近具有强烈的运动响应,出现了抨击和出水现象;与传统深V滑行艇相比,短波中该滑行艇具有更小的运动响应,滑行艇阻力增值较深V滑行艇有所减小;垂荡响应与航速与波高具有较好的线性关系,纵摇响应航速与波高具有弱非线性。     

<十六>艇设计

<正> 艇是一种尺度较小,相对速率较高的船舶。本文主要介绍中速艇的设计,其博氏数范围在0.35到1.0之间。其下限与高速客船和渔船相衔接,上限已到达可以采用滑行艇线型的速度。这个速度范围的艇大都处于半排水半滑行的过渡状态。艇型以圆舭型为主,当Fn>0.7时采用     

呆木对改善中速艇回转性的作用

为减少艇的横摇和使摇摆衰减快而采取增设呆木的措施，通过实艇对比证明，它会使尾部平底及上层建筑庞大的中速艇的航向稳定性和回转性都变好，本文通过在模型在风洞 的一系列测压试验与研究，阐明呆木对改善中速艇回转性的作用原理，从而改变了人们一直认为“加呆木对艇的回转性不利”的概念，此外，试验表明，已设置呆木的艇，如再增凤水平或竖舭板，则它回转性将产生不良影响，特别是竖舭板。     

高速滑行艇的阻流板设计和流体力学分析

高速滑行艇在军事侦察等领域有非常重要的应用,本文重点针对高速滑行艇的流体动力学特性进行系统研究。阻流板是高速滑行艇进行流体力学调节的关键结构。本文基于计算流体力学CFD,结合有限元分析软件Fluent,对高速滑行艇和阻流板进行有限元建模、边界条件定义以及流体力学计算,对于改善高速滑行艇的设计水平有重要意义。     

特殊船模试验法

在船模试验池中除前二期本刊列举之试验外,尚可举行潜水艇,浅水船,滑航艇,救命艇,渔船,明轮船等特殊船舶之试验,及舵,相对推进器(ContraPropeller),整流装置,舭龙骨等之试验,以及特殊推进器之性能试验,飞艇之艇体及水上飞机之浮舟等之试验。进行各种实际实验之同时尚须进行流体力学的基础研究以至其他各方面之实验,不胜枚举。兹简单介绍二,三种试验法以作终结。     

一种适用于大方形系数半滑行艇的浅槽消波艇型和阻力的试验研究

研究适用于大方形系数半滑行艇的浅槽消波艇型,在常规尖舭方艉艇型的基础上进行改进设计,在艇底部设计了一个从艏部至舯部的浅槽道,以改善阻力与兴波性能.开展了该新型浅槽消波艇型与常规艇型性能的对比试验研究,分析了艇体周围流场、艏、艉兴波、航行姿态及阻力的试验结果,表明新型浅槽消波艇型具有艏艉兴波小、艇体阻力低等特点.     

减摇鳍与舭龙骨安装研究设计

介绍减摇鳍和舭龙骨在舰艇上的应用和它们配置之间的相互影响，以及固定式减摇鳍与舭龙骨在艇上的安装设计研究。鳍后舭龙骨的撕裂原因与处理办法，可供在舰舭上安装设计减摇鳍和舭龙骨时参考。