我国对滑行艇,半滑行艇流体动力性能方面的研究及其进展

本文介绍了旋今为目我国对滑行、半滑行艇流体动力性能方面的研究成果及其进展，以飨读者。     

双体船在波浪中航行时片体间流体动力干扰的研究（第一部分：辐射问题）

本文提出了一种新的理论方法，可用于预报双体船航行时因垂荡和纵摇引起的流体动力。该理论方法建立在Newman的统一细长船理论基础上， 并可视为由本文作者将池壁干扰效应的研究延伸到二个片体间相互干扰的问题上来，因此，本理论方法使用的有效航速（含零速在内）范围很广，且计算方便。将内场定义为二个片体中之一的邻近区域。因此，内场解不仅包含对称的也包含反对称的调和分量。根据内场解与外场解的匹配要求，给出一对耦合积分方程以用于求解外场解中的三维源分布和偶分布强度，而它们的数值解可确定内场调和分量的未知系数。对于零速场合，本方法与一个更为严谨的三维积分方程方法的结果吻合良好；对于有航速场合，用Lewis船型的双体船在Fn=0.15和0．30进行了垂荡和纵摇的强制摇摆试验，试验与数值计算结果的比较表明，本理论由于考虑了三维和航速对片体间干扰的影响，故比一般只考虑二维精确干扰解的切片法有明显的改进。     

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.     

船舶主动式减摇鳍的分布定位设计

船舶减摇鳍的使用工况包括航行状态和零航速状态,当船舶在航行过程中,减摇鳍与流体发生相互运动,在减摇鳍表面产生抗倾覆力矩,保证船舶的航行稳定性;当船舶处于零航速状态下,由于海浪、海风等干扰力矩的作用,同样会使船舶发生横摇、纵倾等运动,因此也必须进行减摇控制,此时船舶的减摇是利用机械结构使减摇鳍运动,产生抗倾覆力矩。本文针对船舶横摇和减摇鳍的流体动力学特性进行系统的建模,分别从主动式减摇鳍的翼型、形状、分布定位等内容进行展开,有助于提升现有船舶减摇鳍的设计水平。     

船舶操纵水动力导数的数值求解及敏感度分析

[目的]为了兼顾船舶操纵运动预报的成本与精度,基于数值计算方法,结合水动力导数敏感度分析,提出一种船舶操纵运动预报方法。[方法]首先,求解RANS方程,应用流体体积（VOF）法捕捉自由液面,采用动态网格方法对DTMB 5 415船型进行约束运动的数值计算,并将回归得到的线性水动力导数与试验值进行对比,验证数值方案的有效性;然后,基于MMG分离建模方法建立DTMB 5 415船模的操纵数学模型,并利用龙格-库塔算法进行求解,对船舶回转和Z形操纵运动进行仿真;最后,分析水动力导数对这2种操纵运动的敏感度。[结果]结果显示,采用所提方法得到的操纵轨迹和衡准参数仿真结果与试验结果一致,回转运动参数的平均误差为5.1%,Z形操纵运动参数的平均误差为11.7%,较文献使用CFD进行自航船模模拟得到运动参数的精度与计算成本均有所改善;水动力敏感度分析结果也验证了部分非线性水动力导数对操纵性衡准的影响较小,可以使用经验公式进行估算。[结论]研究表明采用所提方法进行船舶操纵性预报方法可行,可在满足工程应用精度的同时大大减少计算成本,尤其适用于船舶设计阶段的操纵性预报及优化。     

潜艇PMM实验的CFD仿真技术研究

操纵性是现代潜艇最重要的总体性能之一.为预报潜艇的操纵性能,需求得所有的水动力导数.借助CFD技术和动网格技术数值模拟小振幅平面运动机构试验,求解了SUBOFF主艇体的水动力导数,并与混合分布法计算的附加质量项作了比较,二者符合良好,从而验证了方法的有效性.流场的求解基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,动网格的处理采用Hrvoje Jasak和Zeljko Tukovic的方法,压力和速度的耦合采用PIMPLE方法解耦.流场的控制方程采用有限体积法离散且分离式求解,网格运动的控制方程采用有限元方法离散,网格的分裂采用体和面同时分裂法.     

波浪中船舶操纵性预报

为实现对全回转桨船操纵性的预报,根据船舶分离型运动模型的建模方法,考虑全回转桨在水平面上周转的灵活性与受力的特殊性,着重分析双桨受力,建立适用于全回转对转桨船模的MMG操纵运动数学模型;模拟船模进行PMM运动,求得水动力导数并采用四阶龙格-库塔法对操纵性常微分方程进行求解;对某工程船在静水中的回转运动和Z形操纵运动进行数值仿真预报,并将预报结果与自航模操纵性试验结果进行对比。结果表明,两者吻合度较高,验证了针对全回转对转桨船模所建立的船舶运动数学模型的有效性,可为全回转桨船的操纵性预报提供一种较为可靠且行之有效的方法。     

基于Matlab的颤振自激力时域化

基于风洞试验得到的颤振导数无法直接应用于颤振时域计算,需要基于最小二乘原理拟合得到颤振自激力的时域表达式,方能进行时域计算。基于Matlab提供的lsqnonlin函数,对颤振自激力的时域化表达式中的未知系数进行拟合,并得到了较好的结果。