基于CFD的游艇阻力预报及球鼻艏型线变形

针对游艇的球鼻艏型线优化问题,利用CAESES和SHIPFLOW软件组成的优化平台构建一种船型优化的方法。以船长为49 m的游艇为母船,建立主船体三维模型,有关水动力计算模块采用SHIPFLOW软件实现,通过对比计算得到阻力最优船型,球鼻艏变形模块则通过CAESES软件参数化变形技术实现船型的自动变换,以兴波阻力为优化目标,通过优化算法结合总阻力计算程序得出总阻力最佳船型。优化结果表明:对于该游艇,在满足工程约束的条件下,该方法可以得到阻力降低的新球鼻艏形状。

基于粒子系统的舰船航迹仿真

提出一种基于开尔文波理论和粒子系统技术的船行波模拟方法,采用开尔文波理论构建二维船行波模型,使用粒子系统技术对船行波的三维模型进行动态建模,从实际观察出发,根据艏浪、艉浪的形状特征、作用范围和浪花的随机运动特性,给出艏浪、艉浪的粒子系统建模方法。实验证明该方法能快速逼真地模拟舰船航行时的航迹。

一类低速船舶兴波阻力的数值研究

本文根据下潜源思想改进的Hess-Smith方法和有限水深慢船理论,编制了相应的船体势流和兴波阻力的计算程序.通过对球鼻首进行特殊处理,将该程序运用于一类低速船舶——某散货船母型及两种改型的波阻研究.结果表明本方法可很好地区分仅球鼻首有微小差别的母型及其改型的兴波性能,该类船舶在同一水深下的波阻变化规律与无限水深一致.最后选出一种较优船型进行了进一步研究,探讨了浅水效应.

水面舰船加装减阻节能球鼻艏研究

该文基于波形叠加的消波原理,对一艘仿阿雷.伯克级大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏进行研究,研究表明大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏可获得较好的减阻效果。文中首先给出了基于细分曲面表达船型,采用船体曲面法向量分量表示源强的船舶兴波阻力及波形计算的数值方法,通过与实验结果的比较,分析了该方法的合理性和有效性;在此基础上通过逆向设计法优化计算和分析得到了一仿阿雷.伯克级大型驱逐舰船型加装减阻节能球鼻艏消波减阻定性规律和定量效果,在特定的中高航速下通过减阻节能球鼻艏优化设计可以使兴波阻力最多减少33.7%。

基于圆球型球鼻艏构型的兴波阻力减阻特性分析

球鼻艏减阻的机理至今尚未完全清晰,开展基于圆球型球鼻艏构型对兴波阻力影响机理的研究,对揭示球鼻艏的减阻机理,充分发挥球鼻艏对水面舰船的消波减阻效果具有基础性的重要意义。针对DTMB 5415船型,利用CFD计算软件STAR-CCM,分析前伸出球鼻艏主要构型参数对兴波阻力的影响及其机制。设置几组前伸出球鼻艏,其主要构型参数的前伸量与半径各异,结合采用已知试验数据和CFD计算数据分析阻力的变化规律,以及球鼻艏减阻的机理。结果表明,在特定的傅汝德数条件下,球鼻艏纵向位置和半径对兴波阻力的影响较为显著。

高速双体穿浪船艏部结构动态位移监测与分析

为了测量穿浪双体船艏部结构在航行过程中的动态变形,并分析其变形的规律,文章利用光学微动测量系统对船体艏部结构的变形进行实时监测,并对测量数据进行实时自动采集与存储。试验结果表明:航行过程中动态变形为4.72 mm^7.60 mm;低海况高航速下的结构变形明显大于高海况低航速下的结构变形;在不同航向试验中,顶浪航行结构变形最大,艉斜浪、艏斜浪和顺浪工况相差不大。分析结果既可论证微动测量法监测动态变形的可行性,又可为高速双体穿浪船艏部结构疲劳裂纹和变形等机理研究及局部优化提供参考。

船舶斜浪航行生存概率预报的安全盆方法

针对首斜浪和尾斜浪中船舶航行安全盆的构造及生存概率的预报方法,采用安全盆方法预报随机海浪中船舶航行的生存概率,考虑阻尼和复原力矩的非线性及海浪的随机性,建立了船舶横摇运动的随机非线性微分方程．综合考虑船舶运动的瞬时状态、航速及航向角,采用简谐加速度方法在时域内求解横摇随机微分方程,构造船舶斜浪航行的安全盆并预报斜浪航行的生存概率,选取不同的初始条件、航速、航向角及随机波浪参数,在横摇初值平面上构造了一条长30．7m渔船的安全盆并计算了渔船的生存概率,分析和比较了在首斜浪和尾斜浪航行时,有义波高和航速对船舶安全盆和生存概率的影响,结果表明,船舶的倾覆是否发生,与航速、航向角及船舶瞬时运动状态密切相关。

斜交桥墩布设防撞装置影响通航研究

随着船舶大型化、航道等级提升以及船撞桥墩事故频发,山区河流通航河段早期建设涉水桥墩存在较多的斜交桥墩,即桥墩与水流方向普遍存在夹角,通过安装防撞装置对该类桥墩进行防护是主要的方式之一。为揭示斜交桥墩布设防撞装置引起阻水特性改变对船舶运动的影响,通过数值分析软件FLUENT建立二维数值分析模型,研究高雷诺数下桥墩设防方式、斜交角、桥墩间距对船舶受力及运动的影响。研究结果表明:斜交角与船舶艏摇力矩成正比;布设防撞装置引起船舶船艏力矩增大,船舶通航所需的安全航行间距增大;设防桥墩与船舶间距在0~18 m(1倍装置宽度)范围内对通航有显著影响。本研究成果对于山区河流的安全通航问题具有一定的参考价值。

集装箱船球首型线几何要素优化探讨

作者根据球首长度、球首高度和球首横剖面面积,构造了7种集装箱船球首模型,应用CFD方法分别 计算得到在设计航速下的兴波平均能量同球首几何要素的关系,为型线优化设计提供了必要的信息。

基于船舶耐波性评价的型线优化

船舶耐波性是评价船舶性能的一个重要指标。随着船上装备的精密仪器与武器系统越来越多,如何保证这些系统平稳正常地工作是每一个船舶设计者所关心的问题。然而船舶耐波性与快速性是一对矛盾的指标,为了解决这一问题,合理确定耐波性评价指标是关键因素之一。通过船模试验得到人们最关心的5个耐波性指标数据:纵摇幅值、升沉幅值、船艏加速度、船舯加速度和船艉加速度,并以此来评价船舶的耐波性能。在保证波浪增阻小于某一阈值的情况下进一步对船舶型线进行改进,以期提高船舶耐波性。同时,为了保证试验的准确性,将船模在不规则波试验中的运动响应结果与通过规则波试验的预报值进行对比,结果表明:改进后的5个船舶耐波性指标数据均有所减小,达到了设计目标。

基于Maxsurf球鼻艏型线的船舶减阻方法

为了探究球鼻艏宽度与船舶快速性的关系,在对某渔政船的主尺度和机型已定的情况下,针对相同船型设计了三种不同宽度的球鼻艏,利用maxsurf软件中的新细长体理论,首先计算原船的兴波阻力系数和有效功率,并将计算结果和船模试验值相比较,结果表明该方法和试验值较为接近;接着计算三种不同球鼻艏的船的兴波阻力系数和有效功率。结果表明适当增加球鼻艏的宽度可以减小船舶的兴波阻力,提高船舶有效功率,进而提高了船舶的快速性。

对排水式高速船双球首构形优化的初步研究

采用Noblesse新细长船理论,同时引入基元波波陡限制的兴波理论方法,对无球首和有球首的单体船,进行了兴波阻力数值计算.采用遗传算法进行球首的构形优化,得到球首各形状参数,初步研究了双球首的减阻效果.对带双球首高速船口DV8的兴波阻力进行计算,结果表明,在一定航速范围内,兴波阻力有一定程度的减小,最多可达38.5%.

斧首船型线优化设计研究

以改善斧首船的快速性及适航性为目标,进行船型特点的研究。首先依据斧首船的船型特点,分析船型参数对斧首船的影响,并设计具有不同船型特点的斧首船。随后展开CFD仿真计算,对不同船型特点的斧首船进行快速性和适航性的对比研究,总结出斧首船型线设计的优化方向和方法。

对开式艏门的结构优化改装设计

对开式艏门作为某型船的关键设备在波浪载荷下容易损坏。文章阐述了采用模型试验、理论计算、规范计算、实船试验等方法研究艏门波浪载荷,进行艏门有限元建模计算,从而找到薄弱环节并进行优化改装设计的方法。

基于关联规则的船舶航迹分布式控制方法

为了给船舶航行提供可靠的安全保障,设计基于关联规则的船舶航迹分布式控制方法。引入船舶航行多因素关联规则搜索基于最短里程与最短航行时间的船舶航迹,构建船舶航迹分布式控制数学模型,向该模型中输入最佳航行轨迹,实现固定航行轨迹控制,并设计船舶航迹分布式反推控制器,实现线性变化船舶航迹的分布式控制。经实验验证,该方法可有效控制船舶首摇角、舵角,能够按照最佳航迹实现船舶角度控制,且控制后的船舶前进速度、横移速度均得到了提升。

KCS船模静水航行破波噪声数值预报

水下噪声涉及舰船隐身性以及舒适性。静水中航行兴破碎波现象由于复杂的两相流特性,其噪声预报尤为困难。论文采用Deane-Czerski经验公式并改进了其中部分参数的计算公式,对常见的破波气泡分布进行噪声预报的研究。数据表明,论文预报结果与试验结果较为吻合,这对未来水下噪声预报提供了一个可行方案。然后对一艘国际标准船模KCS进行船首兴波破碎流动模拟。选取Fr=0.35工况,采用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场模拟选择延迟分离涡模拟方法。针对FW-H声学方程中的偶极子和四极子项对声压的贡献进行分析。结果表明:在低频范围,四极子声压占主导;在中间频率范围,偶极子声压占主导;在高频范围,气泡噪声占主导。

三种典型高速船静水航行性能对比

利用商用软件Fluent对穿浪圆舭型船、斧首型船和V型船三种典型高速船进行计算流体力学(CFD)数值模拟计算、误差分析和对比分析,初步掌握了三种船舶的阻力性能、甲板上浪和船体压力分布等情况,可为今后研究和工程实际提供参考.