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,低速宜采用全排水量法或浮航法,中高速时宜采用滑航法。

棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解

滑行艇在高速滑行时因其艇重基本由水动升力支撑,用较常规的排水型船运动预报方法计算并不准确.针对这一问题提出了一种计及水动升力影响的预报方法,用于计算棱柱型滑行艇在静水中的滑行姿态和波浪中的运动响应.在半经验公式的基础上,讨论了水动升力对各水动力系数的影响,并建立了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解模型.将计算值和试验值进行了比较,结果吻合较好.

一种能考虑动升力影响的高速艇迎浪纵向运动的数学模型

根据高速艇在静水及波浪中运动的特点,提出了高速艇迎浪纵向运动的基本假设,建立了能考虑动升力影响的高速艇迎浪纵向运动基本方程,并提出了高速艇迎浪纵向运动预报的一种新方法(滑航法),编制了理论预报程序,进行了模型试验验证研究.结果表明,中高航速时,滑航法可用于高速艇迎浪纵向运动的预报.

平板喷气流场特性及气流量分配策略试验研究

为了探讨气流量分配对平板喷气流场特性的影响,在高速拖曳水池里开展了平板下表面喷气减阻试验,研究了气流量纵向和横向分配对平板减阻率和气层形态的影响规律。研究结果表明:平板下表面气液混合流的形态主要受航速和气流量影响,当无因次气流量系数Cq≤1.554时,混合流主要表现为气泡流;当Cq≥1.675时,混合流转变为过渡气层流;当Cq≥2.331时,混合流由过渡流转变为分层流。平板下表面的局部摩擦力减阻率在喷气口附近处为100%;改善喷气策略,在首部喷气装置左腔、中腔和右腔横向喷气比例为1∶4∶1时,平板下表面的气层覆盖率较高,减阻率可以达到60.65%;首部和中部喷气装置联合喷气并未使平板减阻效果有改善。

B.H.型气泡高速艇规则波中纵向运动试验研究

在高速拖曳水池里开展了B.H.型气泡高速艇静水阻力及规则波纵向运动模型试验,研究了气流量、航速、波长、波高等因素变化对B.H.艇波浪中阻力、垂荡、纵摇、垂向运动加速度的影响。探讨了波高变化对饱和气流量的影响。研究结果表明:静水中B.H.艇相对减阻率可达36.25%,绝对减阻率可达20.79%,迎浪规则波中相对减阻率可达32.3%,与静水减阻效果基本相当,波长变化对减阻率的影响甚微。气层并未导致纵向运动性能的恶化,相反在一定航速与波长范围内,艇底气层能改善垂荡与纵摇运动;饱和气流量下,阻力、垂荡、纵摇及重心垂向运动加速度随波高呈非线性变化,航速增大非线性增强,波长增加非线性降低;波浪中饱和气流量随波高呈非线性变化。

平板喷气流场特性影响因素试验

为了揭示平板底部喷气时气层的流动特征,在低湍流度水洞中开展了平板气液两相流边界层特性模型试验,研究了气流量、来流速度等对气层宏观形态的影响,分析了气层流态的转变规律。研究结果表明:气层在平板底部随来流向后扩散,存在一个横向扩散角;气流量增加,横向扩散角增大;来流速度增加,横向扩散角减小。气层流态与气流量和来流速度有关,当无因次气流量系数Cq≤0.610时,气层主要表现为气泡流;当Cq≥1.446时,气层转变为分层流,其他情况下呈现出分层流与气泡流同时存在的过渡流态。

滑行艇规则波中迎浪运动响应的时域解

针对滑行艇耐波性预报必须考虑水动升力影响导致常规方法不适用的问题,采用基于线性长波假设的方法,考虑了瞬时波面对各水动力系数及波浪载荷的影响,给出了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的时域解.同时,在计算瞬时水动力系数和波浪载荷时也考虑了升力效应.通过简化处理,将其应用于常规滑行艇的运动预报,并通过模型试验结果进行验证,计算值和试验值吻合较好,有较高的实际应用前景.

气泡高速艇艇底气穴形态及减阻机理研究

为了揭示高速艇气层作用下的艇底流场特性及气穴减阻机理,基于VOF模型建立了气泡高速艇粘性兴波流场数值计算模型,分析了气穴形态、艇底压力及艇体阻力的变化规律,初步分析了气穴减阻机理,计算结果得到了模型试验的验证.研究结果表明:向艇底饱和喷气可形成稳定的大气穴,气穴厚度沿艇长方向逐渐减小;航速较低时气体从气腔中部的舷侧溢出,航速增加气穴向后延伸至艇尾,从气腔尾部两侧离开艇体;未喷气时,在气腔首部形成一个局部负压区;饱和喷气后,气穴内部变为等压腔体;气穴主要通过减少湿表面积降低摩擦阻力,对剩余阻力的影响不大.

95000DWT散货船喷气减阻模型试验研究

为探讨气层减阻技术在大型低速运输船舶上的实施方法,在拖曳水池里开展了95000DWT散货船138模型喷气减阻试验,研究了气流量、航速、排水量、凹槽深度对喷气减阻效果的影响规律。试验结果表明：在95000DWT散货船模型底部设置凹槽并喷气,模型总阻力大幅度降低。随着气流量增加,阻力降低幅度增大,存在一个饱和气流量：当Fr=0.139~0.182时,随航速增加,减阻率呈降低趋势;凹槽深度增加,喷气减阻效果提高,但不喷气时凹槽会导致阻力增加,且阻力增加幅度随凹槽深度增加而增加,存在一个最佳凹槽深度（h/B=0.024）;压载排水量减阻率高于设计排水量减阻率。凹槽深度20 mm,设计航速下,饱和喷气（Cq=0.210）时,设计排水量下绝对减阻率可达26.99%,压载排水量下绝对减阻率可达33.79%。

递推批量MGM(1,N)模型在滑行艇运动姿态预报中的应用

为了设计出有效的滑行艇的自动控制系统,需要建立预测模型对其运动姿态进行实时的、精确的预报.分析利用MGM(1,N)模型对滑行艇运动姿态进行预报的适用性.同时,针对滑行艇运动姿态数据的特点和预报的实时性要求,提出了新采集了一批数据之后,计算模型的参数矩阵的递推公式.利用该公式可以在提高预测精度、延长预测时间的同时,不会显著的增加计算量.数值仿真试验的结果表明,将批量递推MGM(1,N)模型应用于滑行运动姿态预报是可行的,并且具有非常高的预测精度.

气泡高速艇波浪中阻力及纵向运动模型试验研究(英文)

在高速拖曳水池里,开展了气泡高速艇规则波中阻力及纵向运动模型试验,研究了气流量、艇型、艇底开槽等因素对气层减阻率及艇体纵向运动性能的影响。结果表明:艇底形式对波浪中的气层减阻率有重要影响。艇底设置断阶时,在短波中减阻率为5%,长波中的减阻率达20.5%;艇底开槽时,在试验波长范围内,减阻率可达30%左右;对本身具有良好喷溅抑制作用的艇型,艇底直接喷气减阻率为8%,且不受波长变化的影响。艇底气层对纵向运动性能影响较小,长波中还略有改善;艇底槽深主要影响不喷气时的阻力,对饱和喷气下的阻力影响甚微。

基于二阶差分滤波器的水下目标纯方位角跟踪

针对被动单声呐平台对水下目标的纯方位角跟踪问题,提出基于二阶差分滤波器的水下目标纯方位角跟踪方法。采用二阶Stirling插值公式对系统模型中的非线性项进行线性化,使系统误差协方差矩阵正定,保证了滤波算法的稳定性,避免了传统扩展卡尔曼滤波算法由于需要计算Jacobian矩阵而导致计算复杂、难以应用的问题。建立了被动声呐平台测量模型和水下目标的运动学模型,并应用Monte Carlo方法完成仿真实验。仿真结果表明,基于二阶差分滤波器的水下目标纯方位角跟踪算法具有较快速准确的跟踪响应,通过RMSE概率统计方法进一步验证了这种方法具有较高的估计精度。

平板喷气粘性流场数值计算方法研究

针对平板底部直接喷气形成气液混合流的复杂情况,采用Mixture模型与RANS方程相结合的方法建立了气液混合流粘性流场数值计算模型。通过对4种湍流模型、4种网格、3种壁面处理方法进行组合,形成了8种不同的数值计算方法,分析了壁面函数、壁面第1层网格、湍流模型等对数值计算结果的影响,并与试验结果进行对比,获得了可有效模拟气液混合流的数值模型。研究结果表明：采用RNG k-ε湍流模型、标准壁面函数、第1层网格1 mm、y＋为31~35的计算方案,所得结果可用于平底船底部气液混合流分析。

航行姿态对气泡高速艇艇底气穴稳定性的影响

为探索气泡高速艇航行过程中航态变化对艇底气穴形态及其稳定性的影响，基于RANS方程与VOF两相流模型，构建了气泡高速艇艇底气穴形态及粘性流场数值计算模型，研究了纵倾和横倾对艇底气穴形态、面积及尾部气穴逸出的影响规律。数值计算结果表明：艇底气穴沿舷侧和纵向去流方向扩散，饱和气流量状态下气穴面积随航速提高而增加；尾倾角增大对Fv-2．796状态下的气穴面积影响不大，但会引起Fv=1．398及Fv=2．097状态下的气穴面积增加；尾倾4°～6°有利于保持气穴的稳定性；存在一个临界横倾值，当横倾角超过2。后，气穴向吃水较浅的一侧偏移，气穴面积急剧减少。

航行姿态对船底气层稳定性影响的数值研究

为揭示气泡船不同航行姿态下的气层稳定性,采用RANS方程与VOF模型相结合的方法,构建了大型平底气泡船粘性流场数值计算模型,并对该模型进行了验证。分析了航行横倾角、航行纵倾角对气泡船凹槽中气层形态及稳定性的影响,数值研究结果表明,凹槽深度与宽度之比为h/B时,存在一个临界横倾值arctan(h/B),当横倾角小于该值时可形成稳定的船底气层;横倾角大于该值时船底气层出现破碎现象,且横倾增加,破碎现象加重;较大的船体尾倾角会使气层发生破碎,对气层的稳定性不利,在航行过程中应尽量避免。

船模Z形操纵运动数值模拟与分析

为了研究船舶操纵运动过程中螺旋桨与舵的水动力变化规律,基于URANS方程,联合采用体积力法、重叠网格技术、6-DOF运动模型、VOF模型,计及船体航行姿态的影响,开展了双桨双舵双尾鳍水面船舶的Z形运动数值模拟,通过计算所得横倾、纵倾、超越角、初转期等与试验结果的对比,验证了数值方法的可靠性.在此基础上,分析并获得了双桨船在Z形操纵运动过程中螺旋桨推力与转矩及舵力与转矩的时历变化规律.

深V型船气幕减阻数值研究

针对深V船型,采用混合两相流模型开展气幕减阻数值分析,研究了气流量、航速、航行姿态、喷气位置、尾板等因素对喷气减阻率的影响。结果表明:在深V型船底部喷气会导致阻力降低,气流量增加,减阻率增大,存在饱和气流量;航速对减阻率的影响不是单调的;航行姿态对减阻率有较大影响,使得纵倾角增大,减阻率降低;采用多级喷气可以提高喷气减阻率,最大可达12.07%;尾板通过改善航行姿态,使喷气减阻率增加1.57%。

四桨双舵船操纵运动特性数值预报方法研究

基于MMG模型,结合多桨船船后桨舵干扰的复杂特性,建立了四桨双舵船操纵性预报模型.以某四桨双舵船为研究对象,采用粘性CFD方法计算船体水动力导数、船-桨-舵干扰系数,龙格-库塔算法求解运动微分方程,开展了回转运动及Z形运动的数值预报,并与试验结果进行了对比分析,研究结果表明:回转运动中运动轨迹、角速度、横倾角及Z形运动中初转期、超越角的仿真结果与试验结果吻合良好,证明了此数值预报方法的可行性.

基于二维砰击模型的滑行艇水动力求解及应用

针对高速滑行艇水动力求解非常困难的问题,通过引入高速、细长体条件,将滑行艇静水中滑行时复杂的三维流固相互作用问题简化成二维剖面入水问题.提出一种计及流动分离的扩展MLM(改进的Logvinovich模型)计算模型,可快速、准确地求解二维剖面入水力,并将其结合二维半理论应用于滑行艇水动升力的求解、静水滑行姿态的预报及海豚运动临界条件的计算.计算结果与试验值及其他数值方法结果比较一致,表明基于扩展MLM砰击模型求解滑行艇水动力的方法是有效的.