一种翼滑艇和滑行艇新型尾鳍研究

介绍新型尾鳍的结构特征并建立减纵摇和减横摇的水动力模型,建立滑行艇和翼滑艇在正横规则波和迎浪条件下的运动微分方程,并利用ЦАГИ法对艇体阻力进行计算。基于Matlab/Simulink建立滑行艇和翼滑艇运动及尾鳍减摇综合仿真模型,并进行仿真计算。算例结果表明,该新型尾鳍控制简单,能够极大地提高滑行艇和翼滑艇航行的动稳性。     

关于高速滑行艇由纵摇引起的不稳定横摇研究

利用动态力作用在某一模型上进行三分量测量所得的数据库，使用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法，使惯性矩、横摇阻尼、纵摇角幅值和重心高度变化，对艇由强迫纵摇引起的非线性横摇进行模拟。这些结果表明：由纵摇引起的横摇周期与纵摇周期没有关系，不稳定横摇发生在纵摇周期为所引起横摇的二分之一周期时，不稳定的临界范围和阻止不稳定横摇的最小横摇阻尼，随惯性矩的增加、纵摇角幅值的增长和重心高度的降低而增大。     

翼滑艇智能推进系统仿真研究

基于MATLAB／SIMULINK对某翼滑艇推进系统进行建模,指令发生器根据航行情况发出相应速度指令,智能控制器接受并执行这些指令,从而实现智能控制。由于一般的模糊控制适应范围有限,本文对其进行了改进,并与改进前的控制效果进行了比较。仿真结果分析表明,无论风平浪静还是波涛汹涌,利用模糊控制都可以实现很好的控制效果。而改进后的控制器无论从稳定时间、超调量或者抗干扰能力方面,较改进前都有明显的改善。     

滑行艇在规则波中的数值模拟

针对波浪中滑行艇水动力性能预报的不足,提出了一种基于六自由度运动模型的滑行艇水动力性能预报方法,实现其在波浪中自由运动的水动力性能预报。首先根据水波理论利用CFD技术完成了三维数值水池的造波和消波,然后以某型滑行艇为模型,将六自由度方程赋予滑行艇,实现了其在迎浪匀速航行时随波浪的自由运动,最后通过Fluent数值计算得到了其在波浪中自由运动时的阻力、升力、升沉位移、纵倾角以及兴波等流场参数。计算结果表明:利用该方法获得的某型滑行艇的流场参数较真实地反映了滑行艇在波浪中的姿态,为滑行艇耐波性实验提供了一定的理论依据。     

超高速滑行艇在顶浪规则波中的运动特性

滑行艇在高速波浪透行中要求承受极大的波浪载荷和冲击作用力，在恶劣海情下，滑行艇会产生特别激烈的运动，在拖曳水池测得的规则波顶浪说明，这类超高速航行船舶的傅汝德数在2.0-5.0之间，结果表明，船舶运动可划分为一些不同类型的运动，如线性运动，有飞跃和无飞跃的非线性运动，每种类型运动地衡准要根据艇航行状态，傅汝德数，波浪周期及浪高等而定，研究还表明，根据现有基于势论的理论方法和所提出的方法，这些方法中某些水动力值由试验数据所代替，这些方法可应用于滑行艇在超高速时估算艇运动并与测量值进行比较。     

三体滑行艇在规则波中的数值预报

基于切片法原理,采用成熟的商业软件SeaKeeper计算三体滑行艇在迎浪规则波中的纵摇运动和垂荡运动幅值响应函数,并将两种不同速度下的理论预报结果与试验结果进行对比分析。结果表明：预报结果与试验值在趋势上较为一致,其遭遇频率也十分接近,说明使用切片法计算三体滑行艇在迎浪规则波中的运动是可行的。     

翼滑艇智能推进系统建模及仿真研究

基于MATLAB平台对翼滑艇可调桨模糊控制的仿真研究,建立了智能推进系统的数学模型及运动仿真模型,编制了仿真软件.在一定初始航速、初始转速、初始螺距及不同环境干扰值的条件下,对翼滑艇智能推进运动进行了系列仿真计算分析,得到的翼滑艇速度控制的稳定时间、超调量及抗干扰能力等参数表明翼滑艇达到较理想的推进运动控制效果.     

无人滑行艇横摇运动模式实验分析

以1艘无人滑行艇为模型,在船模不同吃水和倾斜角度的情况下进行横摇衰减试验,得到一系列横摇角速度变化曲线。分别建立线性、非线性横摇衰减运动模式系统辨识的数学模型,以系统辨识原理为基础,确立目标函数。改编基于Visual Basic 6.0的遗传算法系统辨识程序,通过2种系统对无人滑行艇横摇的试验数据分别进行辨识,验证所改编程序的可行性。选取典型的小角度和大角度的辨识结果,对2种数学模型下的辨识结果进行比较。得出对于无人滑行艇,非线性数学模型的辨识结果较好的结论。     

滑行艇升沉纵摇运动的二维数值预报

基于CFD软件对滑行艇二维简化模型在均匀来流中的运动响应进行数值分析。根据滑行艇的流体动力数值计算结果实时求解滑行艇的运动响应特性,对4种不同傅汝德数下滑行艇的纵摇与垂荡耦合运动特性进行研究,得到艇体升沉幅值、纵摇角随时间的变化特性,以及阻力、升力和力矩随傅汝德数的变化规律,并分析了艇体达到稳定状态所需时间和滑行过程中艇底动压力的变化特性。研究表明：傅汝德数1.5时达到稳定滑行状态的时间仅为80 s;除了在傅汝德数2.0时发生严重振荡,其余3种情况下滑行艇均能够趋于一种＂动平衡＂状态。     

滑行艇波浪中纵向运动理论预报的新方法

分析了现有滑行艇纵向运动理论预报方法的不足;根据滑行艇的艇型特点以及模型静水阻力试验和规则波、不规则波的试验结果,提出了滑行艇纵向运动的基本假设;建立了计及浮性和滑行力、滑行力矩影响的滑行艇纵向运动基本方程,提出了预报滑行艇纵向运动的实用计算方法(滑航法)并编制了理论预报程序;比较了忽略浮态变化的全排水量法、只考虑浮态变化的浮航法、同时考虑浮态变化和滑行力、滑行力矩影响的滑航法的计算值和实验值的差别,指出在预报滑行艇纵向运动时,低速宜采用金排水量法或浮航法,中高速时宜采用滑航法.     

On prediction of longitudinal attitude of planing craft based on controllable hydrofoils

The purpose of this research study was to examine the attitude response of a planing craft under the controllable hydrofoils.Firstly,a non-linear longitudinal attitude model was established.In the mathematical model,effects of wind loads were considered.Both the wetted length and windward area varied in different navigation conditions.Secondly,control strategies for hydrofoils were specified.Using the above strategies,the heave and trim of the planing craft was adjusted by controllable hydrofoils.Finally,a simulation program was developed to predict the longitudinal attitudes of the planing craft with wind loads.A series of simulations were performed and effects of control strategies on longitudinal attitudes were analyzed.The results show that under effects of wind loads,heave of fixed hydrofoils planing craft decreased by 6.3%,and pitch increased by 8.6% when the main engine power was constant.Heave decreased by less than 1% and trim angle decreased by 1.7% as a result of using variable attack angle hydrofoils;however,amplitude changes of heave and pitch were less than 1% under the control of changeable attack angle hydrofoils and longitudinal attitude.     

基于水动力分析的高速滑行艇阻力估算

针对滑行艇高速航行的运动特性进行其动态阻力的估算研究。首先通过分析滑行艇在高速航行时艇体受到的各种水动力,建立其六自由度操纵性数学模型,并利用四阶龙格一库塔法解算滑行艇的运动姿态。然后计算滑行艇高速航行时的动态阻力,所得结果与船模试验数据吻合较好,并对各种滑行阶段的运动特性进行分析,结果表明基于水动力分析的阻力估算方法具有较强的工程实用性。     

槽道滑行艇快速性数值仿真

滑行艇在滑行状态的航行往往伴随着浸湿面积及纵倾角的变化,导致其快速性性能难以评估。为此,本文基于全结构化动态重叠网格求解运动姿态,引入六自由度模块,采用Level-Set水平集方法求解自由液面,对某型槽道滑行艇进行快速性数值仿真。最终,得到了滑行艇在各个航速下对应的阻力、纵倾角、自由液面波形、中纵剖面气液分布以及船底压力分布。为验证可靠性,将纵倾角仿真结果与实船试验结果对比,结果吻合较好。     

高速滑行艇的纵向运动分析与仿真研究

针对喷水推进滑行艇的高速滑行原理,建立了其非线性的纵向运动数学模型。首先分析了滑行艇在高速滑行过程中的受力,详细地推导了艇体受到的重力、浮力和动升力,并根据喷水推进器的工作原理,推导了喷水推进力的表达式;然后建立了喷水推进滑行艇的非线性纵向运动数学模型;最后设计了基于该模型的滑行艇纵向运动预报软件,并进行了高速滑行的操纵性仿真试验,仿真结果与船模试验数据吻合较好,表明了该模型能够较准确的预报喷水推进滑行艇在静水中的纵向运动。     

高速滑行艇在规则波中运动的RANSE数值模拟(英文)

This paper presents a study on the numerical simulation of planing crafts sailing in regular waves. This allows an accurate estimate of the seas keeping performance of the high speed craft. The simulation set in six-degree of freedom motions is based on the Reynolds averaged Navier Stokes equations volume of fluid (RANSE VOF) solver. The trimming mesh technique and integral dynamic mesh method are used to guarantee the good accuracy of the hydrodynamic force and high efficiency of the numerical simulation. Incident head waves, oblique waves and beam waves are generated in the simulation with three different velocities (Fn =1.0, 1.5, 2.0). The motions and sea keeping performance of the planing craft with waves coming from different directions are indicated in the flow solver. The ship designer placed an emphasis on the effects of waves on sailing amplitude and pressure distribution of planing craft in the configuration of building high speed crafts.     

穿浪艇推进智能控制仿真初步研究

基于高速船运动原理、模糊控制理论和Matlab工作平台,对穿浪艇喷水推进智能系统进行了数学建模,并编制了Simulink仿真软件。大量仿真实验结果表明:该仿真系统界面友好和运行可靠;穿浪艇喷水推进系统的智能控制在超调量、稳定性、抗干扰能力、经济性等方面都达到了比较理想的效果。智能控制对于穿浪艇的推进效率和航行经济性都有明显的改善。     

船舶前缘引流减阻及流场特性数值模拟

为了减少船舶的粘性阻力,针对一条中低速船舶在其前缘开孔引流探索减阻效果。不计自由液面的影响,采用有限体积法和SIMPLEC算法,湍流模型为SSTk-ω两方程模型,压力采用标准格式,动量方程、湍动能方程和湍流耗散比率方程均采用二阶迎风格式,耦合求解Navier-Stokes方程和连续性方程,分析前缘引流对船体周围流场的影响及减阻效果。计算结果与原型船模的对比性分析显示:船艏压力系数明显降低,尾部压力系数有变化,船体壁面切应力略有降低,引流后总减阻率达到2%以上。     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.