水翼艇及其控制方法综述

作为高速船舶中的一种,水翼艇以其优异的快速性、耐波性、操纵性及经济性等特点得到广泛的发展和应用。本文首先概述了水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行了分析研究。重点总结了水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行了分类,对水翼艇的纵向控制方法研究进行了简要总结。最后,阐述了目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行了展望。     

水翼—喷水推进组合系统模型试验研究

本文简要地介绍了新研制的水翼—喷水推进组合系统模型试验装置的结构组成、工作原理和用途，阐述了进行水池试验的合理程序，并以PS－30喷水推进自控水翼客艇的尾水翼—喷水推进组合系统为对象进行了试验，获得了进口流动对水翼组合体水动力影响的规律以及可用于航速预报的净推力特性。多次试验证实，所开发的试验装置和试验技术是成功的，确是研究水翼组合体与喷水推进相互影响的有效试验手段。     

水翼艇及其控制方法综述

概述水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行分析研究;重点总结水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行分类;对水翼艇的纵向控制方法进行研究。最后,分析目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行展望。     

基于卡尔曼滤波的水翼艇纵向运动研究

分析了水翼艇的运动方程并通过适当的假设将其线性化,建立水翼艇纵向运动状态空间方程,同时给出了系统状态的测量方程,运用卡尔曼滤波对其纵向运动进行滤波.文中同时给出了MATLAB仿真计算结果,分析其方差和最大误差,验证了结果的正确性.     

基于振荡水翼波浪能回收的船舶节能推进研究

文章提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼进行波浪能回收以实现船舶节能推进的设想。基于势流理论求解了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型。采用吴耀祖推导出的二维水动力模型来预报水下振荡水翼在波浪中产生的推力、升力和转动力矩;同时用耦合的垂荡和纵摇模型来预报船舶的运动响应。两个模型均是在频域中进行建立,之间的耦合影响根据螺旋弹簧的力学特性加以模拟。以一艘集装箱船为例,对该方案的效果进行了研究。结果表明：当船舶的垂向运动较大时,振荡水翼能有效回收波浪能从而产生推进力;并且,水翼会对船舶的耐波特性产生影响。对水翼相对船体的纵向位置和螺旋弹簧刚度系数两个参数进行了研究,发现水翼连接位置应尽可能远离船中;而更高的刚度系数更有利于水翼产生大的推进力。由此总结出了一些提升系统性能的设计建议以供参考,并为开展水池试验打下基础。     

水翼增升双体船阻力预报方法研究

本文介绍了作者在对水翼增升双体船的系列船模试验研究的基础上,对水翼和船体的阻力与升力进行了计算与分析,并由此引入了对这种全新船型的阻力计算与预防方法。该方法可以扩展应用至具有相似双体船型参数和不同水翼参数的水翼双体船的阻力预报。     

水翼艇最佳控制研究

本文探讨了最佳控制在水翼艇姿态控制上的应用,使用数字机对全浸式水翼艇的控制进行辅助设计和闭路仿真。初步结果表明:基于现代控制理论设计的自动驾驶仪,可以取得显著优于古典控制的控制效果。对所论最佳控制系统的实现,本文提出并论证了一种切实可行的水翼艇分级-分散微处理机控制方案。     

水翼艇静水翼航性能的一种计算方法

本文提供了一种水翼艇静水翼航性能的计算方法。本方法根据首尾单独水翼模型试验资料、水翼系统的干扰特性、几何条件和艇的平衡方程组等,借助电子计算机计算水翼艇在整个翼航范围内(包括起飞状态)的航行状态、阻力及推力等性能曲线。问题的关键之一在于准确地估计首水翼对尾水翼水动力性能的干扰效应。作者运用水翼升力线理论的某些结果导出了常用形式水翼系统尾翼处的平均液面下降和平均下洗角的计算公式,并以此计算值来修正尾翼的工作状态。实例计算结果和试验结果是一致的。     

美国波音公司水翼艇将装上我国制造的水翼

一月十六日下午,中国船舶工业总公司与美国波音公司合作为香港远东水翼船务公司制造的929-115型水翼开工典礼在求新造船厂隆重举行。这标志着:美国波音公司制造的水翼艇将装上我国制造的水翼。中国船舶工业总公司副总经理黄平涛,上海船舶工业公司经理卢善森,香港远东水翼船务公司总经理代表、财务公司总经理谢天赐,香港     

水翼艇艇体击水和水翼出水概率预报的研究

本文对全浸式水翼平台翼航时艇体击不少水翼出水的概率预报问题进行了理论研究。首先提出了概率预报模型，接着在计算机上仿真了水翼艇平台翼航时的海况，与本文提出的概率预报模型预报的结果进行了比较，最后，与实船测试数据进行了比较。结果表明，本文提出的预报模型是一种可取的、行之有效的预报模型。     

三维水翼片空泡尺度效应研究

针对三维水翼的片空泡尺度效应问题,建立LES湍流模型对三维水翼的片空泡生成情况进行计算研究。模拟了片空泡在一个周期内的生成和脱落过程,空泡计算结果与试验做了详细对比,发现LES湍流模型的计算结果与实验结果吻合较好,能较为完整的显示片空泡的脱落过程。研究了来流速度和模型尺度的变化对片空泡产生的影响,发现速度对初始片空泡数基本无影响,而模型尺度对片空泡的形成和发展有影响,但该影响并不大。在此基础上推导了新的初始片空泡数的尺度效应公式。     

三维水翼片空泡尺度效应研究

针对三维水翼的片空泡尺度效应问题,建立LES湍流模型对三维水翼的片空泡生成情况进行计算研究。模拟了片空泡在一个周期内的生成和脱落过程,空泡计算结果与试验做了详细对比,发现LES湍流模型的计算结果与实验结果吻合较好,能较为完整的显示片空泡的脱落过程。研究了来流速度和模型尺度的变化对片空泡产生的影响,发现速度对初始片空泡数基本无影响,而模型尺度对片空泡的形成和发展有影响,但该影响并不大。在此基础上推导了新的初始片空泡数的尺度效应公式。     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

无鼓风机侧壁式水翼气垫船

提出一种无鼓风机侧壁式水翼气垫船,巧妙地将水翼船和气垫船的功能原理结合起来,在航行时,船体底部能够有效形成高压气垫,同时由于船底后部水翼的作用,既具备了传统水翼船、气垫船航行时水的阻力小、航行速度快的优点,同时克服传统水翼船载重小、翼板材料要求高及传统气垫船能耗高、噪音大、稳定性差的缺点。船底设计成平底,相比传统尖底船,航行更平稳、不容易倾翻。此外,它省去了传统气垫船所要的鼓风机,大大降低成本,减少噪音,节约近50%的垫升能耗。     

Development of a single-handed hydrofoil sailing catamaran

A new, high-speed, recreational dinghy has been developed. It is a catamaran with submerged hydrofoils, which allow the crew to control the trim and heel balances. The two hulls are allowed to rotate about a main beam. The hydrofoils, which are attached below each hull, change the angle of attack independently, and the difference between the lift forces acting on each hydrofoil makes the catamaran stable. The stability of the boat is examined by numerical calculations and one-third scale model tests. Received: September 14, 2000 / Accepted: July 3, 2001     

水翼涡激振动的数值模拟研究

对二维水翼结构进行流固耦合运动分析,利用大涡模拟方法计算高雷诺数下水翼绕流场,流场力作用于二自由度刚体上导致周期性的垂荡和转动,龙格库塔法求解刚体水翼的运动方程,位移参数作为下一时间步流场计算的边界条件,具体通过编译自定义函数控制刚体运动和流场网格变化。探讨了初始攻角、刚心位置以及来流速度对水翼振动的影响,发现在来流速度增大至某一数值时水翼发生了颤振现象,并在时域与频域上对颤振的发生机理进行深入探讨。     

Hydrodynamic response of a passive shape-adaptive composite hydrofoil

The primary objective of this paper is to present cavitation tunnel tests performed on an optimised shape-adaptive composite hydrofoil and compare the results to other composite hydrofoils. The optimised composite hydrofoil was designed based on prior literature and was manufactured using an optimised ply orientation schedule and a pre-twist. In the same experiment schedule a composite hydrofoil that has a ply orientation that is opposite to the optimised hydrofoil was also tested. In addition to the cavitation tunnel experiments, the paper also presents results predicted from FEA and CFD simulations for the optimised hydrofoil and compares the results from numerical methods to experiments. The results show that the optimised hydrofoil has an improved L/D ratio and a delayed stall phenomenon compared to other hydrofoils. Furthermore, due to the pre-twisted optimised geometry, the hydrofoil does not suffer from loss of lift at low angles of attack. The experimental results demonstrated the importance of characterising the performance of flexible shape-adaptive hydrofoils based on the actual velocity of the flow in addition to the conventional characterisation based on Reynold's number. Additional numerical simulations were performed to investigate the hydrofoils observed load dependant deformation behaviour. These results clearly show that for the same Reynold's number, the hydrofoil can have an appreciably different response if the flow velocity is different.     

水翼艇翼航时稳性探讨

文章探讨V形割划式水翼艇翼航时初横稳性的计算,主要涉及水翼艇翼航时水翼浸深、横倾时左右翼升力的合力、回复力矩和稳性临界速度;提出了水翼艇翼航时稳性临界航速的概念和计算方法.文中的计算和讨论可为V形割划式水翼艇的设计提供参考.     

二维水翼型空化流的数值计算(英文)

In order to predict the effects of cavitation on a hydrofoil, the state equations of the cavitation model were combined with a linear viscous turbulent method for mixed fluids in the computational fluid dynamics (CFD) software FLUENT to simulate steady cavitating flow. At a fixed attack angle, pressure distributions and volume fractions of vapor at different cavitation numbers were simulated, and the results on foil sections agreed well with experimental data. In addition, at the various cavitation numbers, the vapor fractions at different attack angles were also predicted. The vapor region moved towards the front of the airfoil and the length of the cavity grew with increased attack angle. The results show that this method of applying FLUENT to simulate cavitation is reliable.     

高速水翼船运动姿态控制研究

针对高速水翼船运动具有快速性、高度非线性、控制复杂及传统PID自适应能力较差等特点,以高速水翼船升沉与纵倾的姿态控制为目标,提出了一种复合式前馈模糊自适应PID控制器,通过将经典PID、模糊控制及前馈控制算法结合起来,实现了对高速水翼船的快速、精确控制。以改进型高速水翼船TR3800为例,利用Matlab/Simulink对其运动控制器进行了设计和仿真研究,结果表明:复合式前馈模糊PID控制器缩短了系统调整时间、减小了系统超调量、提高了系统的实时性,与经典PID、模糊PID相比具有更强的鲁棒性能和控制效果,实现了对船体升沉与纵倾的精密控制,使其运动更为平稳,对工程实践具有重要的指导意义。