小型无人帆船Z形操纵性能预测分析

[目的]无人帆船的操纵性预测对实现智能循迹航行具有关键性的作用。为了研究舵角与船体运动之间的关系,实现对操纵性的准确预测,[方法]采用数值模拟方法,系统研究无人帆船船—舵斜航粘性流场模型及其水动力特性,在对船—舵系统的水动力特性进行仿真前,分别对船体、敞水舵的数值计算结果与理论方法予以初步验证;然后,在此基础上实现无人帆船船—舵斜航粘性流场的数值计算;最后,利用MMG分离建模方法建立帆船的操纵运动模型,采用四阶龙格—库塔方法对微分方程进行求解,通过模拟船舶Z字形航行来分析船舵对船体操纵性的影响。[结果]结果表明,应用CFD方法预报船体操纵性可行。[结论]船体的操纵性能可以适用于规定工况下无人帆船的安全航行。     

KVLCC2船模斜航运动粘性流场及水动力数值计算

采用CFD商业软件FLUENT对KVLCC2模型的斜航运动粘性流场进行数值模拟,计算得到了不同漂角时的横向水动力、首摇力矩、船体表面压力分布及尾流场,通过将计算结果与试验结果进行比较,验证了文中计算方法的有效性.文中采用SST k-ω和RNG k-ε两种湍流模式进行了水动力计算及流场数值模拟,通过将其结果与试验结果进行比较,得出了SST k-ω模式较RNG k-ε模式更为适合于实际船型的斜航运动粘性水动力计算和流场数值模拟的结论.     

基于势流理论的船舶操纵水动力分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,以无界流场势流理论为基础,采用边界元法,对目标Wigly船在斜航运动状态下的流场速度和转首力矩进行计算。分析了斜航时船舶周围流场的分布规律,研究了转首力矩随船舶漂角的变化规律。结果表明,该研究对预报斜航时船舶的运动规律具有较好的应用前景。     

操纵运动船舶的水动力计算研究

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致,表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

基于CFD的水下滑翔机水动力导数计算

水动力导数求解是进行水下滑翔机操纵性能分析的基础,为了快速预报水下滑翔机的操纵性能,开展基于CFD方法的水下滑翔机水动力导数计算研究。选用约束模型试验作为水动力导数求解方法,并给出其CFD数值模拟方法;以SUBOFF潜艇模型为例,进行约束模型试验的CFD数值仿真和水动力导数计算。计算结果表明,CFD数值模拟方法可用于水下潜器的水动力导数计算。采用CFD方法对水下滑翔机的斜航试验、纯横荡和纯首摇运动进行数值模拟,并利用最小二乘法拟合仿真数据得到水下滑翔机的水动力导数,为操纵性能分析提供支撑。     

浅水中低速斜航船舶水动力预报及验证与确认分析

浅水中的斜航船舶受到浅水阻塞效应和不对称流的综合影响。为预报该运动中的船舶水动力,文章采用基于定常雷诺平均纳维—斯托克斯方程的计算流体动力学方法,对浅水中做斜航运动的船舶粘性绕流场进行数值模拟。考虑低航速运动的特点,忽略航速影响下的自由面兴波,由数值计算得到水动力系数在漂角影响下的变化规律。针对计算精度问题,在数值模拟中从验证和确认角度分析和评估计算结果：通过网格收敛性分析分析数值误差与不确定度;结合试验数据考察计算模型的误差。此外,从计算区域尺度、湍流模型、边界条件、船体下沉和纵倾作用方面对模型误差的影响因素进行探讨,可为改进计算模型、提高数值模拟精度提供参考依据。     

月池对船舶水动力导数影响研究

为了对带月池船舶的操纵水动力进行预报,运用CFD技术和重叠网格技术,以深拖母船为研究对象,数值模拟船舶的斜航运动、纯横荡运动和纯首摇运动。将测得的力和力矩进行处理,分别计算出了月池打开和封闭时的水动力导数。通过对比数值计算结果与势流理论计算结果,验证了该方法的合理性和有效性。通过比较月池封闭和打开时的水动力导数,发现大部分水动力导数都因为月池的存在而有所增加,这为预报带月池船舶的操纵性提供参考。     

潜艇操纵性水动力系数预报方法研究

本文基于CFD技术求解RANS方程,数值模拟了SUBOFF模型的拘束模试验,首先数值模拟了SUBOFF模型的斜航实验,获得的粘性类水动力系数与试验值吻合良好,然后数值模拟了SUBOFF模型的PMM试验,计算获得的惯性类水动力系数精度较好,满足工程应用要求,而得到的粘性类水动力系数误差稍大于斜航实验结果,粘性类水动力系数通过数值模拟斜航实验获取可信度更高,该方法可以作为预报分析潜艇操纵性能主要水动力系数的方法。     

船舶多自由度斜航运动水动力数值研究

计及多自由度运动的船舶斜航水动力预报对船舶航行安全具有重要意义。文章通过耦合求解船舶运动方程和雷诺平均N-S方程,并采用VOF方法和高精度自由面捕捉技术对作多自由度斜航运动船舶的粘性绕流场进行数值模拟。船舶动态平衡位置根据计算出的力和力矩来决定,得到包括升沉、纵倾和横倾在内的船舶浮态。文中采用的算例与爱荷华大学进行的模型试验相同,通过比较数值计算结果和试验值验证了该方法的有效性。对船模在受约束和自由运动两种状态下的船舶运动和流场进行模拟,通过比较分析船舶升沉、纵倾和横倾的影响。文中计算获得的详细流场细节特征,包括前体和舭部的涡以及船体表面上的压力,有助于理解船舶斜航运动浮态变化的机理。     

基于B样条的三维船体水动力数值计算

本文采用基于B样条的一种新的数值方法计算三维船体水动力，用B样条函数表达三维船体表面的几何形状以及流场中未知物理量的分布，为了验证该数值方法的可行性和精确度首先对处于无限流体域中的圆球体绕流问题进行了计算；其次计算了由ITTC所推荐的Wigley船型的兴波阻力以及以一攻角斜航时的操纵水动力；最后在一些假设下对两船作平行航行时的干扰水动力作了相应计算工作。数值计算结果与其它试验或理论结果在定量或定性上吻合良好。     

破损舰艇拖航稳度分析

破损舰艇拖航稳度是拖航安全性研究的重要方面.拖力作用、破损进水和波浪作用对破损舰艇的稳性产生较大影响.通过给出舰艇在波浪扰动情况下,舱组进水的被拖带破损舰艇稳度的计算方法,分析了各种航向航速对于稳度的影响,提出了提高破损舰艇拖航稳性措施,对于保障破损舰艇拖航安全具有一定的理论价值和实践意义.     

受损伤潜艇结构剩余强度评估

为探讨潜艇在耐压船体结构出现损伤变形,但尚未破损进水的状态下,能安全下潜的最大深度,文章提出了受损伤潜艇结构的“剩余强度”概念.以出现较大损伤变形的环肋圆柱壳舱段结构为研究对象,以“涡形凹陷”作为损伤变形的典型形状,考察这种结构在静水外压作用下的应力分布和失稳临界压力,与相应的完好状态(设计状态)的环肋圆柱壳进行比较,分析损伤凹陷位置和幅度的变化对受损伤的耐压船体所能承受的最大载荷的影响规律,提出了受损伤的潜艇结构的“剩余强度”的量化指标一剩余强度系数,绘制了“剩余强度系数图谱”.     

Prediction of Hull Deflection on Damaged Warship

The appropriate prediction of the hull deflection of a severely damaged warship is an important area in the research of the warship survivability. In this paper, the asymmetrical beam bending theory is applied to set up the damaged model, a comparison of the longitudinal strength, the deflections of damaged hull subjected to both hagging and sagging moments, and shear forces is carried out. The external loads are also calculated according to different damaged positions. Finally, some results and conclusions are obtained.     

损伤Timoshenko梁振动功率流特性

研究了损伤Timoshenko梁的振动功率流特性.用一局部转动弹簧来模拟梁中的损伤,利用断裂力学的有关理论得到局部弹簧的转动刚度.为了分析问题简便,讨论了一无限长Timoshenko梁在集中载荷作用下的弯曲波运动以及振动功率流的输入与传播,分析了振动功率流与损伤位置及其深度的关系,为Timoshenko梁的损伤识别提供了理论基础.     

Ultimate strength analysis of highly damaged plates

This work deals with the ultimate compressive strength of highly damaged plating resulting from dropping objects, grounding or collision. Extensive static nonlinear finite element analyses are conducted, where several governing parameters are considered. The effect of dent depth as well as dent size is studied. Different dent shapes are considered in order to cover different possible damage scenarios. The toughness modulus is used to measure the capacity of the plate to withstand the applied load with permanent deformation. An expression to estimate the average reduction of ultimate strength of highly damaged steel plates, subjected to compressive loading as a function of the residual breadth ratio is also developed.     

Test of extensively damaged hybrid ship hull

A hybrid ship hull model made with a steel truss and composite sandwich panels was tested and analyzed with the goal of gaining insight into how well this structural concept holds up after major damage. One of the ideas of the concept was to mount the sandwich panels to the steel truss such that they can be blown out in a controlled fashion to ventilate a large internal blast. The hull should be designed to have sufficient strength for the ship to reach a port safely even after such extensive damage. A 6-m model of such a hybrid ship hull, consisting of a stainless steel truss and 60 composite sandwich panels, was manufactured and mechanically tested. A number of panels were then removed one by one and the hull was retested to the design load after each panel had been removed. The removed panels simulated major damage. After nine panels had been removed, from all the different areas of the hull, it could still carry the design load, although with considerable nonreversible deformations of the hull girder. The hull was eventually loaded to final failure, which occurred at 25% above the design load.     

受损航母的稳性研究

稳性是影响航母作战能力的重要因素之一。航母的稳性设计包括水密分舱设计、舷侧防护系统。本文研究了美国海军受损航母稳性要求,并以"约克城"号航母为例进行分析,并对不同进水情况下的稳性进行了建模计算,得出了针对性的处置方法。     

PSCO如何对船舶破损进行适航评估

船舶发生破损会对海上人命、财产和环境构成严重威胁,港口国检查官员应对船舶破损进行强度和破损稳性计算和现场评估,若理论计算结果符合现行公约要求,PSCO还应对船舶实际情况(破损部分结构)进行综合性评估,并考虑当时天气和海况情况进行综合判断,是否允许该船离港驶往下一港口,并对该船进行逐步跟踪。为此,文章结合理论计算和实例阐明PSCO对破损船舶如何进行评估和监督。     

探析公路水毁的成因及防治对策

一般公路水毁主要有路基坍塌、路基沉陷、防护与加固工程损坏、桥涵破坏等4种类型,本文详细阐述了各类水毁发生的原因以及探讨对各类水毁的防治措施.     

补给作业船舷侧碰撞损伤环境研究

基于横向补给作业中各个阶段可能出现的舷侧碰撞模式所确定的两船碰撞发生时的夹角和补给作业船受撞位置,进行横向补给作业船舷侧碰撞损伤仿真研究。分析了补给作业船的吸能特性和碰撞过程中两船的运动状态,获得了碰撞力、能量吸收和损伤变形的时序结果。该文的研究可对于开展补给作业船舷侧碰撞结构损伤评估、舷侧抗撞结构的优化设计提供指导。