基于CFD的无人帆船襟翼帆空气动力研究

为推进无人帆船在海洋环境保护和资源勘测等方面的应用,为一款海上自动航行帆船设计了风帆结构,并进行气动性能分析。建立无襟翼帆、分离式襟翼帆和嵌入式襟翼帆3种翼帆模型,通过Fluent软件进行计算流体力学（CFD）计算分析,比较3种风帆的气动性能,分析变角度襟翼帆对风帆气动性能和对帆船推力提升理论的影响规律。结果表明,嵌入式襟翼帆对无人帆船风帆整体的气动性能具有提升的作用;随着襟翼帆偏转角的增大,风帆的升力系数和升阻比随之增大、帆船的推力系数明显增强,对帆船性能的提升具有较优的影响,促进无人帆船在推力提升方面的研究。     

帆数量对低攻角多翼帆系统推进性能的影响

基于雷诺平均的湍流处理方法,采用SST k-ω方程湍流模型对控制方程进行封闭,时间离散格式为2阶。使用STAR-CCM+商业软件分析帆数量对多帆系统推进性能的影响,并根据国际拖曳水池会议（ITTC）的不确定度分析规程进行数值不确定度分析。将仿真数据与理论方法和试验获得的数据进行对比以保证计算结果的可靠性。研究结果表明：多帆系统风帆数量增加时,其风帆助航力有明显提升,总推力增加,有更好的助航效果;但推进性能并不是随风帆数目的增加而线性增加,具体的风帆数目确定还需综合考虑稳性、操纵性等其他因素。     

马格努斯圆柱及变角度襟翼对无人帆船气动性能的影响北大核心CSCD

[目的]旨在研究马格努斯翼型和变角度襟翼对无人帆船气动性能的影响及其优化,以提高无人帆船的航行效率。[方法]采用CFD方法,以NACA 0021翼型作为无人帆船主翼帆的基准翼型,在主翼帆顶缘耦合马格努斯圆柱,分析马格努斯圆柱关键参数(直径、位置和间隔)对翼型升阻特性的影响规律;在主翼帆顶缘耦合马格努斯圆柱的基础上,将襟翼帆嵌入主翼帆尾缘,研究不同襟翼帆偏转角下翼型周围流场和升阻特性及其对无人帆船推力性能的影响规律。[结果]结果表明:在大攻角下,马格努斯圆柱对翼型气动性能具有提升作用,在所研究参数范围内翼型升阻比与马格努斯圆柱位置正相关,与马格努斯圆柱直径和间隔负相关,其中圆柱的直径和间隔对翼型气动性能影响较大,位置的影响最小;在小攻角下,变角度襟翼帆对翼型气动性能的提升更明显,在0°~15°攻角内,翼型的升阻比与襟翼帆偏转角正相关;在马格努斯圆柱及襟翼帆共同作用下,风帆推力系数最大提升27%,且与襟翼帆的偏转角正相关。[结论]研究结果可为马格努斯圆柱及嵌入式襟翼帆在无人帆船领域的应用提供参考。     

弦向负荷分布对螺旋桨效率影响的分析

船舶螺旋桨性能设计主要集中在效率和空泡性能两个方面.在螺旋桨理论设计中,采用径向最佳环量分布有助于桨效率的提升,然而关于弦向负荷分布对效率影响的研究很少.论文采用不同的弦向负荷分布对一艘集装箱船的螺旋桨进行升力面理论设计,并加工桨模,在中国船舶科学研究中心的大型循环水槽中对桨模进行船后水动力试验.通过对各桨效率的比较,...     

柔性摆动水翼弦向变形模式及其对推进性能的影响研究

在Bose变形模式及悬臂梁受力变形分析的基础上,提出了摆动水翼新的柔性变形模式,推导出弦向变形方程,给出了摆动水翼变形运动描述及动网格处理技术,利用数值方法研究了柔性变形模式、柔度系数、弦向变形长度等参数对柔性水翼推进特性的影响,指出了摆动水翼高推进性能对应的柔性模式与变形参数.     

减速翼对深海运载器近水面运动特性影响分析

为探究波浪和减速翼共同作用对深海运载器近水面出水和垂荡运动的影响规律,采用数值方法,分析不同减速翼张角和海况等级下运载器近水面运动受到的波浪载荷及其运动响应特性,并提出一种函数拟合的短期波浪力时域建模方法。研究结果表明：减速翼对运载器近水面垂荡运动有显著的抑制作用,减速翼张角越大,运载器实现水面稳定所需的垂荡次数越少,垂荡运动周期越短;低海况下运载器状态参数波动范围逐渐减小,高海况状态参数波动范围先减小后增大,在1 T波周期内垂向速度和纵倾角达到极小值,1 T～2 T波周期内纵倾角逐渐回复到90°;正弦和函数和非线性最小二乘法拟合适用于波浪载荷的短期时域建模。     

长峰不规则波与短峰不规则波对船舶失速影响的分析

船舶在波浪中的失速系数fw是新造船舶能效设计指数EEDI公式中的一个重要参数,它的计算方法是当前的一个热点。考虑到真实海浪常呈现三维特性,采用了国际海事组织(IMO)的GHG会议进展中推荐的频率谱以及ITTC建议的方向扩展函数,分析研究长峰不规则波与短峰不规则波对船舶失速的影响。计算结果表明,长峰不规则波与短峰不规则波中船舶增阻是有差别的,从而对fw也产生一定的影响。     

考虑底壁面效应影响的三维扑翼推进特性研究

本文采用重叠网格技术对考虑底壁面效应影响下的三维拍动翼的推进特性进行了数值模拟研究,计算时选取的特征雷诺数为1.0×104.数值模拟结果表明:底壁面的存在对拍动翼的水动力特性以及周围的流场结构都产生了很大影响;与无界流场相比,当拍动翼运动至底壁面附近时,将会产生明显的推力增大(高斯特哈尔数)现象,并且伴随着升力急剧增大;此外,由于拍动翼与壁面之间的相互作用,拍动翼周围的涡环变成了半月牙形.本文研究成果可为今后仿生扑翼的样机研制提供技术依据和参考.     

VLCC风帆船航态及负荷变化对推进因子的影响研究

文章针对一条VLCC风帆助推船舶开展水池快速性模型试验研究,通过开展直航、系列变漂角、系列变舵角等工况的模型阻力和变负荷自航试验,研究船舶在风帆助航工况下由于航行姿态和螺旋桨负荷变化引起推进效率的变化规律.基于系列变漂角、变舵角的试验分析结果,开展了船舶自航因子的统计回归分析,据此可开展VLCC风帆助推船在特定航行工况的节能收益评估.论文研究表明:该VLCC船舶航态及航行负荷变化对船后推进因子和推进效率影响有其规律性;本文开展的试验研究和分析方法可对此类风帆助推船舶的节能收益进行定量评估.     

入水角对无人水下航行器自由入水影响的数值模拟

基于雷诺时间平均Navier-Stokes方程和流体体积函数法,对有相同初速度、不同入水角的UUV在相同高度的跌落入水进行数值模拟.分析垂向载荷、UUV周围压力和流动随入水角的变化,并研究UUV入水过程中的运动状态.结果 表明:UUV的垂向载荷在其入水过程中存在多个峰值,砰击力系数随着入水角的增加而非线性减小,尾部先入水时的砰击力更大.     

底板厚度对双铰底板式闸室结构工作特性的影响

以工程实例为依托,基于大型有限元软件ANSYS,考虑闸室的三维结构体系和复杂荷载工况,对双铰底板式闸室结构进行数值模拟,并对底板厚度对双铰式闸室结构工作特性的影响进行分析,力图找到影响双铰式闸室结构的关键因子,为船闸结构选型和设计优化提供科学依据。     

切向射流对垂直管旋流载料输送的影响特性

为了提高非球形颗粒垂直液压输送系统的效率和安全性,采用一种新型带切向射流入口的管道输送系统。基于计算流体力学-离散元法（CFD-DEM）耦合方法,采用改进的非球形曳力系数模型对液固两相流动特性进行分析。研究不同切向流动比例对不同形状颗粒浓度和曳力的影响。根据颗粒的浓度来衡量输送效率,依据颗粒的曳力来评估输送安全性。结果表明：在旋流作用下,不同形状颗粒之间的浓度间隙和轴向阻力间隙减小,颗粒浓度增大,各组分颗粒混合输送均匀。     

双月池对某援潜救生船运动性能及波面升高的影响

介绍某援潜救生船配设双月池的船型特点,规划双月池和不带月池2种方案来评估双月池开口对援潜救生船船体运动性能的影响。采用三维势流理论对2个方案的运动性能进行计算,得到船体运动响应函数,对船舶运动性能进行短期预报,研究总结双月池效应对援潜救生船运动的影响规律。对比双月池内水面和舷外波面升高的情况,比较两个位置处波面升高的差异性,总结双月池波面升高对潜水钟收放的影响。