Rankine源Dawson型方法求解三体船兴波阻力

提出将Dawson型兴波阻力理论计算方法用于求解三体船兴波阻力,按Dawson型兴波阻力理论计算方法对三体数学船型和三体方尾船型兴波阻力进行了理论计算,将兴波阻力理论计算结果与剩余阻力模型试验结果进行了比较,验证了Dawson型兴波阻力理论计算方法适用于三体船型兴波阻力理论预报,在中低速区间本方法较线性兴波阻力理论方法的计算结果有改进,并据Dawson型方法兴波阻力理论计算结果分析了三体船阻力特性和线性兴波阻力理论计算结果误差原因.     

改进线性兴波阻力帐篷函数法及实船型线优化

针对线性兴波阻力帐篷函数法阻力计算及相应的船型优化方法不能反映实际船体对称面形状这一局限,提出一种定义在实际船体对称面上的船体曲面近似函数,将该船体曲面近似函数代入线性兴波阻力表达式,用该表达式与原帐篷函数法计算同一船型的兴波阻力系数,对比结果表明在多数速度区间内比后者更加接近试验结果.由此表达式建立以船体型值为变量的最小兴波阻力二次规划数学模型,此模型适用于任意给定的由曲线、折线围成的非矩形船体对称面区域,尤其适用于舰船前体及其球鼻首的优化.基于二次规划优化模型对仿DDG51船型进行一系列型线优化设计,在理论上获得了20%以上的兴波阻力减阻效果.     

几种千吨级高性能船型阻力性能对比

为对千吨级圆舭船、深V船、穿浪双体船、三体船型阻力性能进行对比分析,采用Noblesse改进新细长体兴波阻力理论,并考虑基元波波陡限制,计算各船型兴波阻力,试验结果验证了该数值计算方法的有效性.计算了等排水量的上述船型的兴波阻力和总阻力,给出了各船型阻力性能特点和航速适用范围.     

基于CFD的三体船主侧体间流场干扰研究

三体船构型复杂，主侧体间相互干扰影响因素较多。为了研究三体船船体周围流场细节与主侧体间的流场干扰，运用计算流体力学（CFD）软件STAR-CCM+对三体船和主船体进行了不同航速的数值模拟，提取船体周围与主侧体间的流场信息，获得不同速度下的兴波、横截面垂向速度和横截面矢量流线演化。研究三体船与单体船的流场差异特性，分析三体船中侧体对单独主船体流场的扰动，获得了三体船船体兴波与流场流线随航速变化的规律，为三体船的阻力性能和整体布局的优化提供参考。     

潜体近水面航行兴波阻力计算

基于格林定理,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了潜体近自由面航行的兴波阻力,构建了一种在时域中求解兴波阻力的计算方法.该方法是时域算法,其特点是从初值开始,利用非定常的自由面条件,通过时间步进迭代而逐步达到稳态.这种求解模式对于定常和非定常问题都适用.文中确定了计算模型和参数,数值计算结果与试验结果对比,证实了本方法是一种可行、可靠的时域算法.     

基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用

在船体型线优化中,精确有效的船体曲面表达和变形技术在优化中起着重要的作用,文中研究基于径向基插值的曲面变形方法在船型多目标优化中的应用,采用基于径向基插值技术的船体曲面变形方法,以DTMB5415船型为研究对象,结合计算流体力学计算工具和多目标粒子群算法,以兴波阻力最小为优化目标,完成了不同弗劳德数(Fr)下的船舶阻力性能优化.在优化结果中选择3条典型船型进行分析:Fr为0.41时方案1较优,兴波阻力减小了18.83%;Fr为0.22时方案3较优,兴波阻力减小了49.66%;Fr为0.28时方案2为折中方案,兴波阻力减小了30.23%.优化结果表明,基于径向基插值技术的船体曲面变形方法可有效产生光顺的船体型线.     

深浅水中高速三体船兴波阻力数值计算

采用三维Rankine奇点一阶面元法,考虑非线性自由表面边界条件,计算了深水和浅水条件下的Wigley三体船定长直航运动兴波水动力.通过改变航速和片体之l-日J的纵向及横向间距,分析了兴波阻力随航速和片体间距的变化规律,得到了片体问最佳相对化置.将计算结果与Wigley三体船的试验结果进行了比较,结果令人满意.     

水下航行体兴波尾迹的快速分析法

为了预报水下航行体运动引起的水力特征尾迹,建立了一种水下航行体兴波尾迹和兴波阻力的快速分析模型,其Rankine源项采用Newman解析法进行求解,提高了计算效率.首先,介绍了该数值模型的理论基础和数值技术;接着,应用Newman细长体对该数值模型进行了系统的验证;然后,详细分析了Newman细长体和Suboff潜艇的兴波特征及其异同点;最后,分析了本数值模型的计算效率.研究表明:本计算模型能较好地预报水下航行体的兴波尾迹和兴波阻力,为水下航行体的型线优化、优良艇型的设计、兴波尾迹的实时预报提供了工程可实践性.     

局部气垫双体船阻力与航态性能试验研究

为验证局部气垫双体船的航行性能,对其阻力特性和航态性能进行试验研究.基于船模试验测量了其在不同排水量和不同重心条件下的阻力值、升沉幅值以及纵倾角度,分析了阻力、航态等特性随进气流量的变化规律.结果表明:当气垫长度傅汝德数小于0.8时,船体阻力随气垫进气流量减小而降低,并且此时的越峰能力较强;当船速增加时,船体阻力随气垫进气流量增加而降低.重心位置适当后移能有效改善船体表面的阻力特性.船型特有的滑行壁面能使其越峰后快速达到滑行状态,保证越峰后的快速性和纵向稳定性.     

艏柱对高速船顶浪中水动力性能影响

依托NPL 4b船型的实验数据,分别验证了基于STF切片理论和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法计算程序的可信度.采用带尾端修正的STF切片法计算并分析了4种不同艏柱船型的高速船舶在顶浪、Froude数为0.8、遭遇频率为2~20rad/s条件下航行时的耐波性能,采用RANS方法得到在设计航速和波长为1.5倍船长的顶浪规则波中船舶运动的时历曲线,建立了顶浪规则波中,船体周围的兴波特性和船舶本身深沉、纵摇与船舶阻力(摩擦阻力和剩余阻力)的关系.同时,讨论了4种不同艏柱船型的水动力性能的优劣及其适用的对象船舶.结果表明,在高速航行中,NPL 4b母型船的摩擦阻力较小,斧头型艏船的兴波性能最佳,穿浪体型艏船在波浪中的总阻力最小.     

查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法

针对雷诺平均Navier Stokes（RANS）方程结合流体积法（VOF）计算滑行艇阻力耗时较长、现有滑行艇阻力估算公式精度较低且适用范围有限,提出了一种查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法.通过求解艇体平衡方程,迭代求出艇体航态,动态计及升沉和纵倾角对艇体流场和阻力计算的影响.对于艇体航态变化显著时的阻力计算（体积傅氏数F>1.5）,先采用查洁法估算初始纵倾角,再求解RANS方程可大幅提高计算效率.采用该方法计算了现代滑行艇模型4667 1和SM5的阻力、升沉和纵倾角,并与试验结果对比.结果表明：0.26≤F≤6.03,阻力计算值与试验值误差小于7%,升沉和纵倾角计算值与试验值吻合良好,从而验证了所提出的计算方法有效性.     

三体船斜航流场与操纵性位置导数面元法分析

以三体船操纵运动水动力预报为背景,采用势流理论有升力三维面元计算方法,计算分析了不计兴波斜航下三体船的操纵运动水动力导数．计算得到了三体船不同侧体位置布局下斜航运动时的船体表面压力分布、横向力以及转首力矩等数据．根据计算结果,分析三体船侧体位置布局对主体附近流场和受力的影响情况,以及侧体布局对三体船操纵性水动力、操纵运动特性的影响．研究结果表明片体布局对三体船流场分布、横向力和转首力矩有重要影响．     

介质密度及Lame系数同时识别的研究

将非均匀介质密度及Ｌａｍｅ系数的识别作为弹性波方程系数反问题，求残差最小，并应用弹性波正演的有限元解及摄动法，使反问题求解转化为二次规划问题，应用Ｌｅｍｋｅ算法求解二次规划问题，并以解为新的初始值重复上述过程，可迭代确定介质的密度和Ｌａｍｅ系数，该方法计算效率较高；可引入介质构造的其他勘探信息，进行联合反演。     

带航速三体渡驳水动力特性频域分析

为了研究带航速三体渡驳在波浪中航行时的水动力特性,以及航速和环境因素对其幅值响应算子的影响,根据势流理论和波浪辐射/衍射理论分析了有航速三体渡驳的波浪激励力及水动力系数,进而利用AQWA求解了三体渡驳的幅值响应算子,得到了不同航速、水深及遭遇浪向条件下三体渡驳各自由度幅值响应算子随波浪圆频率的变化曲线。计算结果表明:航速越大纵荡幅值越小、纵摇峰值越大,水深越浅垂荡幅值越小、纵摇峰值频率越低,当水深吃水比大于20后即可按照无限水深来计算其幅值响应算子;遭遇浪向对各自由度RAOs均有较大影响,其中艏斜浪或迎浪航行对三体渡驳的运动较为有利。     

基于Gerstner波模型的海洋卷浪实时仿真

基于Gerstner波海浪模型,同时引入Perlin噪音扰动来构建出海浪的基本造型;采用一种基于梯度的波峰搜索算法,动态搜索到波峰网格点;采用超前预测的波峰生成算法生成一个卷曲的波峰曲面,将之替换原始的波峰曲面,得到不同情况下的大规模实时卷浪效果.     

基于势流理论的门桥兴波阻力计算

提出了门桥漕渡水阻力计算，特别是兴波阻力计算的新方法。该方法基于势流理论，考虑门桥的漕波速度和水流速度，通过坐标变换，确定了速度势的适定性条件。并选择合适的格林函数满足除门桥湿表面以外的其他定解条件，则场内的速度势只要由这一格林函数及其法向导数在门桥的湿表面上分布即可决定，大大降低了计算工作量。最后，利用面元法进行数值计算。     

三体船连接桥结构疲劳强度试验研究

针对某型三体船,采用谱分析方法进行全船疲劳强度分析,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实板厚疲劳试验模型.通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,分别采用最小二乘法和定斜率极大似然法拟合应力范围-循环次数（S-N）曲线.在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,对已有校核结果进行修正.结果表明：对三体船连接桥部位进行疲劳强度评估时,采用定斜率极大似然法获得的S-N曲线较为合适.     

船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响

为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由k-ε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响的装船后喷水推进器的三维黏性流场,敞水条件下计算结果与试验数据的良好吻合验证了数值模型和方法的可信性.不同斜升角和纵倾模型计算结果表明:船体斜升角和横倾对喷水推进器推进性能影响很小;船体尾升角和纵倾角的变化改变了船体边界层,对喷水推进器推进性能和作用因子影响很大;纵倾角由正变负,喷水推进器对船体边界层的利用增强,使流量变小,功率、推力和扬程变大;进流动量系数、进流能量系数、动量作用效率和能量作用效率均减小.喷水推进器也反作用于船体,产生使船体纵倾角减小的力矩.     

水上飞机静水起飞过程水气耦合性能分析

采用多相URANS(unsteady RANS)方法,针对水上飞机静水起飞过程中的性能分析,提出了一种新的数值模拟研究思路。通过考虑起飞过程中气动力和水动力之间的耦合影响、升力和浮力对水线位置高度变化的影响以及阻力和发动机推力对模型前进速度的影响,得到模型起飞过程中的受力变化趋势。模拟前通过分别计算标准模型的气动力和水动力并与实验数据对比,对数值计算方法进行了验证,模拟过程中通过VOF(volume of fluid)方法实现对自由液面界面的捕捉,最后通过对静水起飞过程中模型受力变化进行分析并与实验结果比较,对本文中的水气耦合数值计算进行了验证,计算结果表明,水上飞机低压载状态起飞过程中所受总阻力是缓慢增加的,并不会出现往复;同时水线高度逐渐下降,下降速度逐渐加快,且不会出现埋艏现象。