船模水动力学试验中几何参数的不确定度分析研究

自从1992年ITTC-QS工作组致函ITTC技术委员会提请ITTC各成员单位依照ANSI/ASME PTC 19.1开展测量不确定度评定以来,不确定度分析一直是热门议题.AIAA于1999年发布了风洞试验不确定度分析的指南.ITTC从1999年起逐步发布了一系列关于船模试验不确定度分析的规程.在这些规程中,由模型加工误差引起的水动力系数不确定度分量一般是通过水动力系数的(无量纲)表达式进行分析计算的.这种分析,从数学上是合理的,但从物理上分析和依据工程判断,有些则是相当不合理的,甚至是分析中的一个误区.文章列举了若干实例对此进行了阐述,并提出:对于因水动力无量纲化而引入的几何参数,其不确定度影响分量不能简单地依据所采用的无量纲表达式进行分析评定,而是要基于水动力学的分析进行合理的评定.     

船舶CFD模拟不确定度分析与评估新方法研究

比拟测量不确定度,视CFD模拟结果为随机变量,阐述了CFD模拟不确定度的定义、来源、分类和表示形式.基于正交试验设计和方差分析方法,提出了CFD不确定度分析中验证的内涵及实施流程;基于统计推断理论,提出了CFD不确定度评估中确认的标准及判断程序.应用Fluent软件及文中所建方法,针对阻力系数和伴流分数进行CFD模拟不确定度分析评估的实例计算,给出了对模拟结果有重要影响的计算因子和交互作用以及各类不确定度分量的大小,并指出就目前采用的CFD模拟技术而言,尽管其结果的分散性或不确定度数倍于物理试验,但其近似性或可信度已可接受.     

船舶运动状态下舵附推力鳍水动力性能分析

采用基于RANSE的数值波浪水池技术和数值拖曳水池技术,针对75 000 t船模型开展带有纵摇和横摇运动的自航CFD模拟研究。首先进行静水中的船模阻力和自航CFD模拟,通过与模型试验结果比较,初步验证了文中的CFD模拟方法 ;随后开展不同运动状态下是否带有舵附推力鳍的船模自航CFD模拟,并对该种状态下的船模阻力、运动响应以及船后螺旋桨的推力和扭矩等进行分析,获得相关变化特性。该项研究对于运动中船舶快速性研究和预报等,具有较好的指导意义和参考价值。     

数值波浪水池中船舶水动力系数测试与分析技术

以CFD理论为基础,建立了数值波浪水池,给出了一种基于三维数值波浪水池的船舶水动力系数测试与分析技术。对Wigley-III船模在数值波浪水池中受迫振荡进行了数值模拟,计算分析了船体垂荡、纵摇及纵荡运动的附加质量与阻尼,并与三维势流理论计算结果进行了比较,两者吻合良好。此方法能准确给出浮式结构物的水动力系数,细致描述船舶周围的流场,可广泛应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。     

船模阻力数值水池试验不确定度评估

文章针对水面船模阻力数值水池试验,开展了不确定度分析与评估研究。不确定度分析中,验证方法和流程基于正交设计和方差分析方法,确认方法和流程基于统计推断理论。以水面船标模DTMB5415为对象,进行了船模阻力数值水池试验不确定度分析评估的实例计算,给出了对数值试验结果有重要影响的试验因素和交互作用以及各类不确定度分量的大小,并提出了降低船模阻力数值试验不确定度的建议。     

船舶在长峰不规则波中顶浪纵向运动的数值模拟

结合已有的耐波性研究成果,在基于粘性流理论,运用CFD方法成功构建长峰不规则波数值波浪水池的基础上,选择国际船模试验水池会议(ITTC)推荐瘦削型标准船模DTMB 5512作为试验对象,对船舶在长峰不规则波中纵向运动进行数值模拟,将数值模拟结果与势流理论计算结果进行比对,效果良好。     

“船舶与海工配套设备技术”专场:创新引领未来数值水池、北斗导航系统、智能船舶等主题引关注

正12月4日下午,"船舶与海工配套设备技术"专场论坛在上海举行。该专场以"创新引领未来"为主题,各方嘉宾就数值水池、北斗导航系统、智能船舶、计算流体动力学(CFD)技术、压载水处理系统等主题展开交流,来自造船企业、船舶配套企业、航运公司、科研院所和其他相关领域的近200人参会。本次会议由国际拖曳水池会议(ITTC)专业委员会主席、上海市船舶与海洋工程学会(SSNAME)国际交流委员会副主任王金宝,克拉克松研究服务公司总裁马丁·史托福主     

拖曳水池船模阻力试验不确定度分析

为了提高拖曳水池船模试验精度和便于相互交流与比较,第22届和23届国际船模试验池会议(ITTC)都推荐世界各国水池在给出试验结果的同时,也给出试验结果的不确定度.文中给出一艘玻璃钢标准船模在江苏科技大学拖曳水池进行重复阻力试验的情况,采用了ITTC建议的不确定度估计方法,对该船模的船型因子(1+K)、湿面积(S)、傅汝德数(Fr)进行了不确定度分析,给出了分析结果.并且计算出在试验速度下各阻力系数Ci的偏差限、精度限和总不确定度,对试验结果进行了综合分析.     

分段式尾压浪板对高速船阻力性能的影响

基于CFD技术,以排水型高速船Model 5b为模型,寻求改善高速船阻力性能的尾压浪板新形式。首先尾压浪板新形式的确定在静水条件下进行,然后在波浪条件下验证该压浪板的阻力性能。基于CFD软件建立三维数值波浪水池,静水条件下采用切割体网格技术预报船模的阻力性能。波浪条件下数值水池入口采用直接造波方法,尾部采用人工阻尼消波方法,自由面采用VOF方法处理,采用重叠网格技术预报船模的阻力性能以及运动响应。确定一种比常规压浪板阻力性能优良的分段式压浪板,为船舶节能附体的研究提供参考。     

船舶操纵性计算预报中的不确定度评定

不确定度分析是以定量的形式给出数据结果的品质和可信度,是数据分析中必要的一个组成部分。为了适应国际海事组织(IMO)正式通过的 MSC.137(76)船舶操纵性标准(IMO,2002b)决议,就要求在船舶设计阶段通过数值计算方法预报的操纵性能更加精确。因此,文章依照 GUM 不确定度评定方法,基于船舶操纵性预报整体型数学模型,结合操纵性水动力试验结果及其导数分析,对船舶操纵性预报结果进行了不确定度评定。     

Assessment of uncertainty in the CFD simulation of the wave-induced loads on a vertical cylinder

The paper addresses different uncertainty analysis methods commonly used for uncertainty quantification in Computational Fluid Dynamics (CFD) studies and compares a constant Courant–Friedrichs–Lewy (CFL) number based approach for uncertainty estimation to the ITTC recommended grid and time-independent procedures. Four different uncertainty estimation procedures are presented and discussed. To compare their performance and better understand CFD related uncertainty quantification in wave load simulations on offshore structures, the methods are applied to a case study of the wave loads on a fixed vertical cylinder. The numerical or CFD wave tank is generated using the open-source CFD toolkit OpenFOAM. Uncertainty is assessed for the case study using four different uncertainty estimation procedures for verification and later, validation is attempted by comparing the CFD results with experiments. The study concludes that a constant CFL number based uncertainty study provides more stable results and is better suited for uncertainty estimation in CFD than the ITTC recommended individual grid and time step uncertainty study.     

阻力和流场的CFD不确定度分析探讨

为了解并研究CFD中不确定度分析的整个过程和细节,依照ITTC推荐规程,针对SUBOFF潜艇阻力和流场的数值模拟结果,进行了CFD中的不确定度分析和探讨.数值计算中采用了5套网格,网格加细比rc=√2.在此基础上,进行了验证分析,评估了数值误差和数值不确定度,验证过程全部完成.而后进行了确认分析,评估了对比误差和确认不确定度,确认过程全部完成.     

Feedback-feedforward variable gain iterative learning method adopted in electro-hydraulic position servo system北大核心CSCD

[目的]为了实现电液位置伺服系统的精确控制,提出一种反馈-前馈变增益迭代学习法。[方法]首先建立电液位置伺服系统的简化模型,然后对迭代学习控制算法进行改进,采用带遗忘因子的变增益学习律,最后开展Matlab仿真对比验证。[结果]仿真结果表明:相较于传统的迭代学习和传统PID控制,改进后的迭代学习算法具有更好的收敛性和更小的跟踪误差,可以使电液位置伺服系统快速精确地跟踪位置曲线,从而提高系统动态特性。[结论]研究成果可为电液位置伺服系统的控制性能优化及实际工程应用提供参考。     

虚拟装配中基于层次包围盒的空间快速验证

[目的]针对现有虚拟装配与维修中可移动空间计算的算法精度、效率较低,甚至缺少算法的问题,结合舰船虚拟装配、维修的实际需求,提出一种能够快速、准确计算零部件在移动空间中碰撞验证的算法。[方法]首先,以层次包围盒与三角面片相交检测算法为基础,改进层次包围盒与三角面片在移动空间中进行变换的方法;然后,根据二分法与递增法求得干涉距离,提出一种空间碰撞验证与空间距离验证的算法;最后,利用CATIA二次开发技术设计并开发空间快速验证模块,验证算法的合理性与准确性。[结果]实例结果表明,在复杂程度不同的2000多个零件模型中,计算空间碰撞的时间在100 ms以内,计算空间距离的时间约为0.5 s。[结论]该算法在舰船设计人员考虑装配与维修空间时可起到较大的辅助作用,能够有效缩短舰船设计周期、生产周期与维护周期。     

舱内装运风冷式冷藏集装箱的通风方式数值模拟

通过对装载风冷式冷藏集装箱货舱内气流的CFD模拟计算和实例验证,了解货舱内气流流场的变化情况,确立了正确的CFD计算模型和方法;同时对目标船型货舱的送风和抽风两种通风模式从气流组织、排热效率和通风阻力等方面进行了比较分析,为集装箱船货舱通风系统的优化设计提供了依据.     

螺旋桨水动力性能CFD预报中预处理的程式化实现

以DTMB4383大侧斜桨为例,立足于桨叶真实叶尖几何,详细阐述了螺旋桨水动力性能CFD计算过程中的桨叶几何和单通道域几何建模及其六面体结构化网格划分的程式化实现过程。程式化生成网格的适用性由DTMB4119桨、NSRDC4381和4383桨的无空化和空化水动力性能预报给予了验证。生成网格时考虑了网格类型、拓扑结构、网格密度和节点空间分布规律对计算精度的影响,可生成性能优越的命令流样本,保证CFD预报的精度。通过对命令行的编译操作,可以实现螺旋桨六面体网格高质量划分的快速操作,缩短CFD计算的预处理时间,扩大其工程应用。     

CATIA modeling method of ship hull with hull line as data input北大核心CSCD

[Objective]To simplify the ship modeling process and improve modeling efficiency, this paper proposes a method for rapidly implementing hull model creation based on hull line drawing.[Methods]Using the CATIA platform, this method adopts the component application architecture (CAA) development tool for secondary development. First, by reading the geometry elements and label information of the hull lines in a drawing, the transformation of the offset points from 2D to 3D is realized. On this basis, the creation of the hull lines, stern and bow is completed, and a 3D wireframe model obtained. Finally, the hull 3D modeling is completed in conjunction with the CATIA native surface creation command. The stability and reliability verification of the developed type value extraction and bow generation program is then carried out via application analysis.[Results]The results show that the compiled program can realize the automatic creation of offset points, transverse lines, waterlines, profile lines and other boundary lines except the top line of the wall, and the centerline and tangent lines created by the bow generator are easily modified and simple for users to operate. [Conclusions]The verification results show that the method of a creating hull model using "Generative Shape Design" and "Drafting" with the hull line drawing as the data input is stable, reliable and able to realize rapid hull modeling, giving it certain practical value. © The Author(s) 2022.     

Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

智能船舶动力系统设备的自适应阈值方法

[目的]针对智能船舶动力系统设备的状态监控报警不及时、阈值带宽过大、状态评估参数不准确等问题,提出自适应阈值的确定方法,用以对动力系统设备进行监控报警和状态评估.[方法]首先,采用模拟退火算法优化回归支持向量机(SVR)预测模型,对动力系统设备的常规状态特征参数进行建模;然后,对建模残差进行正态转化,并结合滑动时间窗来...     

跨域无人平台水面垂直起飞动态特性数值模拟

[目的]旨在研究跨域无人平台从水面垂直起飞过程中平台的运动及动力学特性.[方法]采用黏流CFD方法结合重叠网格技术和多自由度DFBI(dynamic fluid body interaction)运动模型,针对跨域无人平台在水面垂直起飞至空中的跨域过程的动态特性,开展数值模拟研究.[结果]模拟结果显示:在垂直起飞过程中...