首压浪条对高速排水型艇航行性能的影响

快艇在高速航行时会产生剧烈的艏部兴波和干舷淹湿问题,通常需要采用适当的压浪措施来控制这些不利因素。为进一步研究干舷压浪技术在高速艇上的应用效果并与船艏压浪技术进行对比,基于某一细长高速穿浪船,对比这2种压浪技术对船体兴波、淹湿、运动、稳性和高速下横倾回复力矩的影响。船体淹湿、阻力和船体运动通过求解URANS方程和使用动网格技术获得,高速下的横倾回复力矩也通过求解URANS方程获得。计算结果表明,2种压浪技术均能有效控制船体淹湿,但干舷压浪设计能在船长范围内控制船体淹湿并具有更好的初稳性,在高速下也有更大的横倾回复力矩。自航模试验也验证了压浪干舷的可行性和良好性能。     

楔形压浪体在内倾式船首中的应用研究

在内倾式船首早期研究的基础上,为了提高内倾式船首的实用性,将楔形压浪体应用于内倾式船首,并通过CFD计算发现楔形压浪体能够有效减小内倾式船首在高航速使用时的干舷淹湿面积和兴波,减小航行阻力,并能提供抑制船舶纵向运动的额外阻尼。     

横倾船舶三维非定常扰动势流特性

当船舶出现破损淹舱或者在波浪中做横摇运动时,船体都会出现横倾,这会使得船舶在水面下的湿表面与正浮时不再相同,船体周围的非定常流场因此会发生改变。本文基于三维线性势流理论,使用奇点分布法对具有不同横倾角的Wigley III船型的非定常扰动速度势展开计算,进而求解Wigley III船型水动力系数与波浪激励力。计算结果表明,横倾对垂荡、横摇、纵摇水动力系数的影响比较明显;在顶浪下,横倾对横向的波浪激励力影响显著。     

单体半滑行穿浪船船型与静水航行性能

半滑行穿浪船是一种结合了混合式内倾型穿浪船艏和半滑行式水下船体的高速单体穿浪船,同时具有穿浪船的穿浪特性和半滑行船的航行特性,拥有良好的快速性和适航性.半滑行穿浪船采用具有折角设计的压浪型干舷,折角线在船长方向上与水线之间存在夹角.压浪干舷具有抑制内倾型船舶的干舷上浪、提供升力、增加储备浮力和减摇的作用.通过基于动网格的数值计算,对压浪干舷的纵向倾角及优选纵向倾角下的半滑行穿浪船在静水中的航行特性进行研究.计算结果表明:拥有较小纵向倾角的压浪干舷的使用效果较好;半滑行穿浪船同排水型穿浪船相比其在高速段的阻力和姿态得到了很大改善.     

漂移运动对横浪中船体横摇的影响

实验论述船体在激烈规则横浪中漂移运动对横摇的影响。船体运动测量结果表明，用线性切片法预估的有无舭龙骨船体的横摇运动，即使通过实验获得精确的横摇阻尼，在高波下也估计得过高。这说明，由于高频高波造成的高速漂移运动导致了横摇阻尼的增加和作用于船体上的波浪扰动力矩的减少，以及遭遇频率的变化，为精确估算高波横浪下的横摇运动，应求出波浪-频率-横摇运动和稳定漂移运动耦合方程。     

全垫升气垫船高速侧滑后行为的理论与试验研究

全垫升气垫船高速航行时若操作不当,容易发生侧滑。由于气垫兴波的存在,侧滑后易引起大幅横倾,给围裙、船体结构造成损坏,严重情况下甚至会横向翻船。文章通过气垫兴波理论计算,分析侧滑时垫态横稳性急剧下降的原因,获得特定长宽比下的兴波阻力,对全垫升气垫船高速侧滑后的行为进行理论分析,并与船模试验、实船试验结果进行对比,表明船自身气垫兴波是造成侧滑大幅横倾的主因,侧部围裙下部开式手指兜水是造成侧滑速度快速下降的主因,也是围裙过载损坏的重要因素。文中介绍了国内不同气垫密度两种实船的意外侧滑情况,并与美国气垫登陆艇侧滑实船试验进行对比分析,得出一些有价值的结论,并提出高速侧滑后避免大幅横倾的应对措施建议。     

穿浪单体船型水动力性能的CFD数值模拟研究

为了研发低阻、高耐波性新船型,以某圆舭船型为参考船型,设计了穿浪内倾深V型主船体,并设计了半潜艏和水滴形球鼻艏两种形式的艏部附体。基于CFD数值模拟分析不同主船体和艏部附体对于船舶横摇稳定性、静水阻力和耐波性的影响。通过水池模型试验进一步研究不同船型的耐波性,并验证了CFD数值方法的准确性。研究表明,深V船型的横摇和纵摇稳定性优于圆舭船型,且在高航速时深V船型的静水阻力性能也优于圆舭船型。在高航速下,水滴形球艏有利于减小深V船型的兴波阻力和波浪增阻,而半潜艏对于提高船舶纵向稳定性具有更加显著的效果。     

新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能

[目的]为了将高速与高耐波性能相结合,上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型,目前已发展出单体、双体和三体船型。[方法]介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点,并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。[结果]数值水池实验结果表明,高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态,船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。[结论]展示了多种创新的船舶设计方案,可为研究人员提供定量和定性的参考。     

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题.文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究.船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用.     

船舶参数横摇数值计算与力学机理分析

[目的]参数横摇是船舶在波浪中的特殊失稳现象,现有研究认为,波浪经过船体时稳性参数的变化是激发船体横摇的主要原因,但其力学机理并不明确。[方法]首先,基于惯性坐标下的垂荡和纵摇耦合运动方程,以及船体坐标下的横摇运动方程,建立垂荡、纵摇和横摇的混合动力学模型;然后采用所提出的摇荡耦合切片计算方法,数值计算船舶参数横摇运动,分析数值计算的横摇运动规律,并基于能量原理提出发生参数横摇的衡准。[结果]研究结果表明,船舶发生参数横摇的力学机理是,在横摇角增大过程中回复力矩系数吸收的能量小于横摇角减小过程中回复力矩释放的能量;发生参数横摇的衡准是,回复力矩系数一阶谐波分量的相位角位于[0,π]内。[结论]明确参数横摇力学机理有助于深入认识参数横摇失稳模式的物理本质,提出的参数横摇衡准对于船舶第2代完整稳性衡准的制定具有参考意义。     

低干舷隐身船波浪中纵向运动的模型试验及理论研究

低干舷隐身船由于采用低于舷和内倾设计,容易引起甲板上浪和非线性水动力,因而其耐波性能与传统直壁船型差别较大.文中通过模型试验和理论计算的方法,对低干舷隐身船在顶浪时规则波和不规则波中的纵向运动响应开展了研究.理论方法包括S.T.F.线性切片法和非线性时域方法,并且在时域计算中考虑了船体湿表面变化和甲板上浪对纵向运动的影响.研究表明,隐身船在波浪中的纵向运动存在明显的非线性现象,船舷内倾是导致船体纵向运动非线性的主要因素,采用非线性时域方法可以较好地预报低干舷隐身船型在波浪中的纵向运动.     

迎浪船舶的参数横摇分析

  目的  参数横摇是船舶在波浪中的特殊失稳现象,现有研究认为,波浪经过船体时稳性参数的变化是激发船体横摇的主要原因,但其力学机理并不明确。  方法  首先,基于惯性坐标下的垂荡和纵摇耦合运动方程,以及船体坐标下的横摇运动方程,建立垂荡、纵摇和横摇的混合动力学模型;然后采用所提出的摇荡耦合切片计算方法,数值计算船舶参数横摇运动,分析数值计算的横摇运动规律,并基于能量原理提出发生参数横摇的衡准。  结果  研究结果表明,船舶发生参数横摇的力学机理是,在横摇角增大过程中回复力矩系数吸收的能量小于横摇角减小过程中回复力矩释放的能量;发生参数横摇的衡准是,回复力矩系数一阶谐波分量的相位角位于[0,π]内。  结论  明确参数横摇力学机理有助于深入认识参数横摇失稳模式的物理本质,提出的参数横摇衡准对于船舶第2代完整稳性衡准的制定具有参考意义。     

基于CAD与CFD的穿梭艇局部船型特征分析

  目的  为了将高速与高耐波性能相结合,上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型,目前已发展出单体、双体和三体船型。  方法  介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点,并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。  结果  数值水池实验结果表明,高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态,船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。  结论  展示了多种创新的船舶设计方案,可为研究人员提供定量和定性的参考。     

船体艏部水动力性能优化

提出一种以势流兴波阻力理论Rankine源方法为基础,结合SHIPFLOW 软件为计算工具．利用CAD—CFD集成平台FRIENDSHIP—FrameWork软件进行变形优化．研究船舶的最小兴波阻力型线优化设计的方法．并考察了兴波优化得到的船型总阻力变化情况 在型线优化过程中．以兴波阻力系数为目标函数．排水量变化范围为约束条件．在Wiglev船体前端增加一个利用Feature建模技术参数化生成的球艏并调整艏部型线使得船体表面光顺。选取球鼻艏形状的各项参数作为基本设计变量．利用DOE方法对船艏进行优化．获得了设计航速下兴波阻力较小的船型．验证了所提方法进行船艏型线优化的有效性 相应的考察变形及优化前后总阻力变化情况表明：在高傅汝德数情况下增加球艏所带来的粘性阻力的增加小于兴波阻力的减小量,总阻力得到了改善,优化后得到的球艏能在进一步减小兴波的同时减小总阻力。此外,还运用所提方法对3100TEU船型的船艏,利用Delta Shift方法进行变形,在设计航速下,将变形的参数作为设计变量,利用DOE方法进行优化设计。结果显示：在排水量限制范围内当球鼻艏向上向前伸展一定长度时可以降低兴波阻力 与此同时．由于优化前后船体湿表面积变化很小．粘性阻力的变化并不明显．兴波的减小则使得总阻力得到了改善     

基于CFD方法的某喷水推进舰船矢量控制运动仿真

以喷水推进舰船为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）方法获得其水动力导数,在设计航速下对其进行矢量运动控制仿真研究。采用STAR-CCM+开发CFD求解器,采用流体域体积（VOF）方法求解自由面,选用Realizable k-ε模型作为湍流模型。通过纯横荡试验和纯艏摇试验的平面运动机构试验对船体受到的横向力和摇艏力矩进行分析,得到水动力导数,并构建适用于喷水推进舰船的操纵运动模型。结合建立的操纵运动模型设计喷水推进船的艏向控制器并进行矢量控制仿真,验证所提方法的可行性。     

不同姿态下救生艇高空自由下落的动力学特性

救生艇从高空自由下落到水面上的过程是典型的结构物入水问题。以一艘刚性充气艇为计算模型,基于动态重叠网格法对该艇在某高度处以不同姿态自由下落的过程进行数值模拟,得出其在下落过程中的垂向速度、加速度和下落距离等物理量的变化情况。对比分析结果表明：初始下落姿态决定着救生艇入水后的运动状态,横倾在艇宽方向上的运动比较剧烈,艏倾和艉倾在艇长方向上的运动比较剧烈;救生艇艏倾入水时的埋艏现象和甲板上浪现象比较严重;通过调整艇体下落时的初始姿态,可改变其入水角度,有效减缓甲板上浪。     

高速深V型船新型艏部减阻附体方案设计及模型试验研究

为探索研究高速深V型船新型减阻技术,针对高速深V船型艏部兴波的产生原因及兴波阻力的产生机理,提出了一种压抑船艏兴波以减小兴波阻力的减阻思路,获得了一种新型的船艏抑波减阻附体方法。以某具体的高速深V型船为对象,通过CFD数值模拟进行了目标航速下的抑波减阻附体的设计,在此基础上,利用高速船模拖曳水池进一步开展了深V型船艏部减阻附体方案效果的验证试验。结果表明,所设计的抑波减阻附体在水线长4.24m的船模上实现了目标航速(弗劳德数0.447)下总阻力减小6.67%、剩余阻力减小15.7%的效果,在实船尺度下该抑波减阻技术的减阻效果进一步增大。     

基于体积力法的全附体KCS型船模PMM运动数值模拟

为高效、精确地求解船舶操纵水动力导数,以全附体KCS型船模为研究对象,基于RANS方程及VOF模型,在star-ccm+平台上采用体积力法模拟螺旋桨作用,计及自由面兴波及航行姿态变化对船模水动力的影响,开展斜航、纯艏摇、漂角和艏摇组合3种平面运动机构（Planar Motion Mechanism,PMM）运动的数值模拟,将横向力Y、艏摇力矩N、横倾力矩K的数值模拟结果与试验结果进行对比,并依照PMM试验的动力学方程,通过最小二乘法拟合和傅立叶积分,将数值模拟结果与试验结果的时历曲线进行分析处理,求得操纵水动力导数。研究结果表明：该方法用于数值模拟PMM运动是可行的;求得的水动力导数中Y'vvv,N'vvv误差略大,其余水动力导数误差均在15%以内。     

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。     

关于潜艇回转机动时的横倾控制

介绍潜延回转运动时产生伴随横倾的最佳控制方法。首先介绍了建立潜艇水平回转运动数学模型－控制横倾状态方程的方法,然后应用最小值原理寻找保证潜艇输出横倾角最小和控制（操舵）功率也最小的指标,泛函极值情况下的最优操舵比例系数是通过求解黎卡堤矩阵方程黎卡堤矩阵方程而得到的。最后进行了实时仿真,结果表明,本方法控制横倾角是有效的、最优的。