不同形状摆翼推进器水动力性能的数值预报

[目的]为得到最优几何外形的摆翼,对不同形状三维水翼的水动力性能进行研究.[方法]运用NUMECA软件的Fine/Marine求解器,采用数值方法模拟NACA 0012水翼模型在不同参数(展弦比、根梢比、前掠和后掠)下的水中多自由度耦合运动流场,以得到不同几何参数及工况下的效率、推力系数和尾流场.通过模拟结果与实验结果...     

基于滑移网格的翼身融合水下滑翔机水动力性能研究

提高升阻比是实现水下滑翔机低功耗和远距离航行的重要手段之一。借鉴航空领域翼身融合布局具有的高升阻比特性,本文将其应用于水下滑翔机设计过程,并开展基于滑移网格的翼身融合布局水下滑翔机（blended-wing-body underwater glider,BWBUG)水动力性能研究。首先,开展约束模式下的数值仿真,并定量给出各水动力参数随攻角的变化规律,确定该水下滑翔机的最优航行攻角,探明最优攻角下BWBUG压力分布规律。然后,从压力分布、流线分布及升力分布规律三个角度,阐明翼身融合构型能够提升升阻比的原因。在研究过程中发现：翼稍涡存在会导致翼稍处压力骤变严重、流线紊乱形成涡流,阻碍BWBUG升阻比的提升。这也从侧面论证了BWBUG加装翼稍小翼的必要性。本文的研究可以为后期BWBUG的结构改进及外形优化提供参考。     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真,并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上,对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析,为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。     

摆动平板水动力性能的实验与数值研究

为了研究仿生水翼推进性能,本文设计了一种两自由度摆动平板实验装置,并在循环水池环境下完成不同参数耦合情况下摆动平板的推进性能实验。实验测量了两自由度摆动平板在不同来流速度下的受力、转矩和效率等水动力性能。随后,计算了具有同样横荡和首摇幅度下摆动平板的水动力性能,实验和数值结果对比发现,二者的推进效率、受力和力矩都较为接近。由于在所有实验工况中,摆动平板能达到的峰值效率较低,为了分析其原因,本文进一步对平板前后缘导圆、无限展长假设和增大横荡幅度的情况进行了数值分析。结果显示,前后缘导圆、下端部、自由液面和横荡幅度都对摆动平板的效率有较大影响,其中,无限展长大摆幅导圆平板的效率峰值可达70.7%。最后,对摆动平板的功率进行了分析,分析中发现摆动平板的主要输入功率来自侧向力做功,转矩几乎不做功。     

基于RANS方程的对拍翼推进器推进性能分析

文章基于RANS方程,应用动网格技术,数值计算分析了一种基于地效应原理的对拍翼推进器的推进性能,探讨了来流速度,拍动频率、振幅对推进性能的影响。计算结果表明拍动频率越高、拍动振幅越大则推进器的推力越大,而推进效率则会随来流速度以及拍动振幅的增大而呈现先增大后减小的趋势;同时对比分析了双翼对拍与单翼拍动产生的推力和推进效率;这种推进器构造简单,仅通过简单的相对拍动就可产生垂直于机翼轴向的推力,通过机翼的旋转就可产生任意方向的推力,能够满足水下机器人做六自由度运动的推力需求。     

轮缘推进器水动力性能数值分析

轮缘推进器作为一种新型的推进方式,取消了螺旋桨推进中轴系的设置,具有舱容占比小、噪声低和振动小等优点,可用于潜艇、鱼雷或者是游艇等海洋航行器,有广泛的应用前景。本文基于STAR-CCM+仿真软件,针对推进器流场进行数值模拟,采用SST k-ω模型完成对轮缘推进器水动力性能的数值计算,分析了建模时简化推进器驱动环间隙及桨叶弦长和螺距比对推进器水动力性能的影响。     

基于CFD的直翼推进器水动力性能研究及参数影响分析

本文在直翼推进器工作原理分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用CFD方法进行了建模与仿真,对该型直翼推进器流场特性、敞水性能、桨叶载荷等水动力特性进行了研究,并对不同桨叶结构参数对推进性能的影响进行了比较分析,可为直翼推进器水动力性能预报、桨叶及推进器机构设计与优化提供有效支持.     

静水中扭波推进水动力的数值模拟

尼罗河魔鬼鱼（GNF)采用长背鳍扭波推进,具有较高的推进效率和机动性,而鱼体主体可以保持直线不变形。为适应扭波推进过程中鳍面的大摆角变形,文中采用动网格技术求解了静水中扭波推进非定常流场,鳍面最大计算摆角达到85°,并通过与水动力实验结果比较验证了数值计算方法的可靠性。文中还分析了鳍面压力分布随相位的变化及其与推力产生的关系,以及水动力随扭波频率的脉动规律。研究表明,推力系数不随扭波频率而变化,轴向、垂向力波动频率是扭波频率的2倍,而侧向力脉动频率与扭波频率一致。     

船体伴流对直翼推进器水动力性能的影响

[目的]直翼推进器是一种特种推进器,其借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生精准且无级可调的推力,有必要研究敞水和伴流条件下直翼推进器的水动力性能.[方法]首先,通过分析直翼推进器的工作原理,推导出叶片的多重运动规律公式;然后,基于RANS方程和κ-ε湍流模型,采用滑移网格技术计算直翼推进器的敞水性能;最后...     

小展弦比翼大攻角水动力数值计算方法

为提高小展弦比翼大攻角水动力预报精度,以NACA0018小展弦比翼为研究对象,对比分析基于不同湍流模型的URANS与DES方法的计算结果,探讨Re及网格离散尤其是壁面y+对升力系数预报精度的影响规律,对翼尾端分离涡的捕捉进行探讨。计算结果与试验值的对比表明:计算方法和湍流模型的选取对翼水动力预报精度影响最大且与雷诺数相关;当Re106时,URANS方法的预报精度较高,其中以RNG k-ε湍流模型的预报结果与试验值吻合最好,而DES方法的精度较低;当Re107时,采用DES方法能够得到较为可靠的预报结果;壁面y+对翼水动力预报精度有重要影响,确保y+~1的同时适当加密网格可提高计算精度;翼失速后,RANS与URANS方法计算所得升阻系数差别较大,这2种方法均不能捕捉分离涡的时历特性,DES方法能够观察到与物理现象一致的漩涡结构。     

导管参数对导管螺旋桨水动力性能影响研究

对42 m拖网渔船设计了导管螺旋桨,利用FLUENT软件计算其敞水水动力性能。在保持螺旋桨形状不变的情况下,改变导管的长径比、收缩系数和伸张系数三个形状参数,分别计算并比较它们的敞水水动力性能,进而研究导管参数对整个推进器推进效果的影响规律。     

FLNG-LNGC并靠外输系统参数对双体水动力性能的影响

针对FLNG关键技术的并靠外输问题,本文基于频域波浪势流理论建立FLNG单体和FLNG-LNGC双体水动力模型,并且结合上海交通大学水池模型实验和经典文献结果验证了数值算法的准确性.在此基础上,深入讨论了FLNG并靠外输系统单浮体水动力特性和双浮体的耦合作用.进一步通过改变系统参数(间距、装载状态、波浪入射方向和水面阻尼)建立不同的并靠外输模型进行参数敏感性分析,并且对FLNG-LNGC双船间水体共振规律进行探索.     

The hydrodynamic forces acting on a cylinder array oscillating in waves and current

The problem of the interaction of multiple cylinders oscillating in waves and slow current is considered. The interaction is represented by waves emitted from adjacent cylinders towards the cylinder under consideration. Wave drift forces and moment in the horizontal plane are calculated by the far-field method based on the conservation of momentum or angular momentum. A semianalytical formula for the calculation of the wave drift damping is then deduced. The conservation of the integrals in these formulae is proved. Special treatments to improve the accuracy of results are discussed. Comparisons between calculated results and experimental measurements are made, showing satisfactory agreement. Effects of various combinations of current direction and incident wave angle on the wave drift damping and damping moment are also examined.     

水下滑翔机水动力外形研究综述

水下滑翔机是一种将传统的浮标技术与水下机器人技术相结合而研制成的新型自治水下机器人,具有作业时间长、航行距离大、建造和使用成本低等优点。水下滑翔机主要用于海洋环境长时间、大范围的实时监测,因此要求其具有优良的水动力性能。文章简要回顾了水下滑翔机的发展历程,重点介绍了其水动力外形方面的研究进展,并简要介绍了混合驱动和飞翼等概念在水下滑翔机上的应用研究,最后对水下滑翔机未来的发展趋势进行了展望。     

新型浮式防波堤水动力特性试验研究

结合开孔圆弧型结构和矩形结构在防波堤工程上应用的优点,提出了一种由开孔圆弧、矩形方箱和锚链系统组成的新型浮式防波堤结构.通过二维波浪水槽中的规则波物理模型试验研究了该浮堤的消浪性能、运动和锚链受力等水动力特性与相对宽度(W/L),相对吃水(s/d)等因素之间的关系并与传统的箱型浮堤进行了对比.结果表明在试验范围内该新型浮堤具有消浪效果好、运动幅度小以及锚链受力小等良好的水动力特性.     

新型浮式防波堤水动力特性试验研究

结合开孔圆弧型结构和矩形结构在防波堤工程上应用的优点,提出了一种由开孔圆弧、矩形方箱和锚链系统组成的新型浮式防波堤结构。通过二维波浪水槽中的规则波物理模型试验研究了该浮堤的消浪性能、运动和锚链受力等水动力特性与相对宽度(W/L),相对吃水(s/d)等因素之间的关系并与传统的箱型浮堤进行了对比。结果表明在试验范围内该新型浮堤具有消浪效果好、运动幅度小以及锚链受力小等良好的水动力特性。     

船舶水动力性能的多目标优化方法

很多对船舶水动力性能的优化都是对单一性能进行研究,已经不适用于现代化的造船要求。本文对不同遗传算法和粒子群优化算法进行分析,探讨其在船舶水动力性能优化方面的作用,以DTMB5415为母型船进行优化,改变不同算法的参数设置观察优化结果,最后通过分析Pareto解得到最适用于本次研究的优化算法及其参数设置。     

月池对船舶水动力导数影响研究

为了对带月池船舶的操纵水动力进行预报,运用CFD技术和重叠网格技术,以深拖母船为研究对象,数值模拟船舶的斜航运动、纯横荡运动和纯首摇运动。将测得的力和力矩进行处理,分别计算出了月池打开和封闭时的水动力导数。通过对比数值计算结果与势流理论计算结果,验证了该方法的合理性和有效性。通过比较月池封闭和打开时的水动力导数,发现大部分水动力导数都因为月池的存在而有所增加,这为预报带月池船舶的操纵性提供参考。