水下多足滑翔机器人的水动力特性和滑翔性能

结合水下滑翔机的机动性和多足机器人的灵活性,研制兼具这2个特性的新型水下多足滑翔机器人.基于黏性流体理论,将多计算域法与滑移网格法高效结合,开展不同攻角和不同航速下的水动力数值计算研究,分析升阻力、升阻比和力矩与攻角、航速之间的变化规律,获得上浮和下潜时对应的最优攻角.以拟合的水动力参数为条件推导运动方程,对水下多足滑翔机器人的滑翔性能进行研究,得到最大水平速度的滑翔状态运动参数.该研究可为水下多足滑翔机器人外形参数优化设计提供数据支撑,同时能指导姿态调节系统的设计.     

升力鳍伺服系统非定常水动力特性的研究

重点研究了升力鳍升力及转矩与鳍角的非定常水动力特性。通过对鳍升力和转矩的非定常水动力特性试验数据的分析,提出了升力鳍系统的鳍角与升力的换算关系应建立在非定常水动力的基础上。以Theodorsen理论为基础,利用水动力试验数据,修正了基于Theodorsen理论的计算升力系数的公式,提出了修正的升力转矩非定常水动力的数学模型,经实例计算仿真结果与水池试验结果比较,验证了该数学模型的正确性。利用该数学模型直接计算升力,可以省去复杂的、可靠性低、误差大的升力测量装置及复杂的升力计算。该研究也进一步充实了升力鳍非定常水动力特性的理论研究,解决了升力计算的问题。     

跨江桥梁中拱形独立式防撞装置水动力特性研究

为研究拱形独立式防撞装置的水动力特性,通过水动力学软件AQWA,建立了频域动力学模型,基于三维势流理论和时频转换关系分析计算了装置水动力特性,计算得到了不同浪向角、不同波浪周期下的幅值响应算子RAO;不同水深、不同波浪周期下的附加质量、辐射阻尼和一阶波浪力的水动力参数,对比分析了各项参数三自由度方向上对拱形独立式防撞装置的影响。结果表明：各项水动力特性参数对防撞装置的运动影响极其复杂,在纵荡、横荡、垂荡方向上均受到不同程度的影响。各水动力特性呈现的不规律性,将引起拱形独立式防撞装置的非线性运动,考虑防撞装置的水动力特性对准确评估防撞装置的影响具有重要意义。     

钝体滑行艇喷溅阻力计算方法研究

基于计算流体力学软件FINE/Marine对钝体滑行艇喷溅阻力特性进行了研究.对底部为直线、外凸和内凹斜升型3种钝体在静水约束模式下,取纵倾角τ=3. 0°,航速V=2. 0 m/s,横向斜升角β分别为5°、10°、15°、20°时,进行了水动力性能数值计算和分析.通过编写喷溅区域参数的后处理程序,对喷溅区节点进行网格重构,得到不同横向斜升角下钝体喷溅面积和喷溅阻力.     

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。     

L型输流弯管自由模态分析

给出了直管在轴向和横向振动的传递矩阵,给出弯曲管道离散模型的节点传递矩阵,推导了在直管与弯管过渡区域的无因次化矩阵.分别计算了末端自由和固定2种边界条件下的输流弯曲管道模态,并与有限元方法计算结果相比较.结果表明,传递矩阵法能有效计算输流管道系统模态,同时流固耦合作用对输流管路模态影响较大,计算时不容忽视.     

迎浪规则波中高速滑行艇运动响应数值预报与分析

为准确计算滑行艇在波浪中的水动力性能,基于粘性理论,采用随体网格技术、耦合求解运动方程,完成了滑行艇在迎浪规则波中运动响应的数值预报.对滑行艇运动响应结果采用时域和频域方法分析,给出了入射波的周期与滑行艇固有频率对滑行艇运动响应的影响分析结果,对数值计算值与模型试验值进行比较.结果表明,数值计算方法可以准确且高效预报滑行艇在波浪中高速航行时的运动姿态及水动力特性,为滑行艇设计提供指导和参考依据.     

大翼展混合驱动无人水下航行器水动力特性研究

为提高无人水下航行器的操纵性和运动控制算法的高效性,对航行器水的动力特性进行分析尤为重要。基于黏性流体理论,采用高效的计算域分区法提高航行器变攻角网格的生成效率,开展不同攻角和航速下的航行器水动力数值预报与分析,定量给出航行器的升阻力、升阻比和俯仰力矩系数随攻角的变化规律,得到航行器上浮和下潜时对应的最优攻角和动压力中心点偏移量,为航行器的运动的姿态控制提供设计和指导依据。分析攻角对航行器压力场、速度场和涡量场的影响规律,为后续优化航行器构型、提高航行器的水动力性能奠定基础。     

SPAR平台系泊系统模态分析

考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,计及缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性单元刚度矩阵,实现了单元与有限元软件的调用对接.针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了前12阶固有频率和模态.计算结果表明,上述单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的力学特性,得到的频率和模态特性基本合理.     

潜艇近海底运动水动力数值计算分析研究

本文以SUBOFF潜艇模型为研究对象,利用FLUENT6.1软件,数值模拟了无限水域下的变攻角水动力特性曲线,与泰勒水池的模型试验结果比较分析表明,数值模拟具有较好的精度.本文用FLUENT6.1软件进一步计算分析了SUBOFF潜艇模型带攻角、带漂角、不同近底距离直航状态下的水动力特性,结果表明:无论有无攻角和漂角存在,潜艇运动(除阻力外)的五个水动力分量随近底距离的变化与"近底距离倒数平方"呈良好的线性关系,例如,Z(H)∝1/H2,或Z′(ζ)∝ζ2,其中ζ=D/H为无量纲近底参数.     

一种船舶最小稳性和自由浮态计算的改进算法

船舶最小稳性计算通常是引入最小功原理建立优化模型,利用函数极值条件将其转化为求解一个隐式非线性方程组。通常,采用逐次线性化方法求解该方程组,但其中关键问题是Jacob i矩阵的求解。对于传统算法,Jacob i矩阵中各项的计算公式繁琐,不易推导;公式中还需要不断重复计算船舶的水线面要素,不但计算工作量大,而且影响计算结果的精确度和稳定性,且不易编程。引入差商代替导数的思想来求解Jacob i矩阵,既避免了船舶水线面要素的求解,简化了计算,又提高了算法的可靠性,且便于编程实现。通过算例中计算结果的比较,可看出这一算法收敛速度快、计算结果准确,且适于破损稳性计算。船舶自由浮态计算实质也是求解一个隐式非线性方程组,故同样可用这一方法求解。     

非对称三对角线性方程组的解法

讨论了将奇偶划分应用于非对称分块三对角方程组的方法及所得方程组的性质.同时还给出了利用矩阵F范数极小化构造预处理矩阵的方法.     

网格因素对水陆两栖飞机着水性能计算结果的影响

为了准确预报水陆两栖飞机着水性能,采用有限体积法和重叠网格技术,根据网格划分特点,分析第一层网格节点高度、船体表面网格尺寸及重叠网格大小等网格因素对水陆两栖飞机着水性能计算结果的影响,将不同网格划分方法得到的垂向加速度、姿态角与模型试验结果进行对比,得出精度较好的着水仿真计算的网格参数。     

潜艇操纵性水动力数值计算中湍流模式的比较与运用

湍流模式的选取对潜艇操纵性水动力数值计算精度有着重要影响,采用六种湍流模式计算了SUBOFF主艇体及主艇体加指挥室围壳两种模型在一定漂角范围内的潜艇操纵性水动力,并与试验值进行了比较,结果表明SSTk-ω模型更为适合潜艇操纵性水动力计算。在此基础上对SUBOFF全附体模型在一定漂角和攻角范围内的艇体水动力进行预报计算,并对该计算方法应用于潜艇操纵性水动力预报计算的计算精度与适用范围进行了探讨。     

梁状浮筏隔振系统的降价建模方法

本文提出了一种梁状浮筏隔振系统结构形式。该系统是由２根自由－自由梁和连接民梁、梁与基础的弹簧及阻尼组成。为了减少在动力分析和结构动力优化设计中的计算工作量，本文提出了一种降价建模方法。由该方法得到的降价系统，能够很好地保留由示缩聚有限元模型建立起来的系统低阶动特性。与部件模态综合法相比，该方法形成降价系统的总刚度矩阵和质量矩阵过程简单，且计算结果通常不需要坐标转换即可求得系统的动力响应， 实例计算     

基于多重透射改进的二维半理论及水动力系数预报

水动力系数是船舶耐波性能预报、操纵性能预报,滑行艇在静水中的运动稳定性及海豚运动预报的重要参数.探讨高效、稳定的水动力系数预报方法对准确预报上述问题具有重要的意义.该研究将地震波领域的多重透射公式应用于简单格林函数二维半理论,探讨了远方边界条件,用四阶龙阁库塔法处理自由面条件,进行详细的多重透射阶数、横剖面数、附加因子、自由面网格数量以及计算域的大小对计算结果的影响的探讨,并以Wigley船型为例计算了静水航行并做强迫振荡时的水动力系数.数值计算结果与切片方法、二维半理论复杂格林函数方法、三维频域方法及和试验结果进行了比较,比较表明多重透射公式能够有效地模拟二维半远方辐射条件,提高计算效率和稳定性,对二维半理论简单格林函数方法是一种有效的改进.     

周期支撑管路横向振动波传播特性分析

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点.基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法.在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性.由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内.此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带.本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考.     

参数选择对螺旋桨水动力性能的影响

为研究螺旋桨的几何参数对其水动力性能的影响,用基于速度势的低阶面元法计算敞水螺旋桨的定常水动力性能,根据格林公式,得到关于螺旋桨扰动势的积分微分方程,采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边处满足压力库塔条件,计算分析螺旋桨的主要参数对其水动力性能的影响.计算结果表明,桨毂锥角、桨叶数、盘面比及侧斜对桨推进及空泡性能影响较大,而纵倾的影响相对较小.     

变几何涡轮特性拟合的数学模型

作者通过对涡轮特性曲线的物理意义和几何特征的分析,提出了适用于喷嘴安装角可调的涡轮流量特性和效率特性的拟合模型,并提出了一种新的计算方法来确定拟合数学模型中的待定参数。用该模型拟合了某发动机变几何动力涡轮的特性。与原节点数据相比,流量和效率特性拟合回代值的平均相对误差分别为0.6％和0.5％。另外又拟合了某定几何高压涡轮的流量特性,平均相对误差值为0.6％,其结果令人满意。     

基于CFD的内河船深浅水中操纵性预报

由于岸壁效应和浅水效应,内河船舶在限制水域作操纵运动时通常受到比在开阔水域中更大的水动力.这些水动力对船舶操纵性具有不利影响,有可能导致船舶碰撞或触底等海上事故.因此,为了在船舶设计阶段预报其操纵性能,考虑浅水效应和岸壁效应以准确计算内河船舶操纵运动水动力非常重要.本文基于CFD方法,通过对粘性绕流进行数值模拟,对长江中营运的三艘内河船舶的操纵运动水动力进行计算.首先,为了验证数值方法的可靠性,对标模KVLCC2纯横荡和纯首摇试验的水动力进行计算,并将计算结果与现有的试验数据进行对比.然后,对三艘内河船舶在不同水深下的静舵试验、纯横荡和纯首摇试验进行数值模拟,计算得到水动力及相应的线性水动力导数.最后,基于计算得到的水动力导数,获得Nomoto模型中的操纵性参数,对比分析三艘内河船舶在深浅水中的操纵性能.结果表明,本文方法可以揭示不同水深下三艘内河船舶的操纵性变化趋势.该方法可为船舶设计阶段内河船舶深浅水中的操纵性预报提供一种实用的工具.