船舶纵向下水曲线直接计算法

提出一种船舶纵向下水曲线的直接计算法。将船体外表面假设为刚性面,利用商用有限元软件ABAQUS/AQUA模块对纵向下水曲线进行直接计算。针对一艘方形驳船,将直接计算获得的6条下水曲线与传统邦戎曲线方法的结果进行比较,两者吻合很好;通过针对一艘型线变化较大驳船的计算,发现该方法对网格尺寸不敏感,验证了所提方法的准确性和便捷性。将该方法进一步应用于Wigley船型和油船,验证了其可行性和普适性。算例表明,所提出的直接计算法具有潜在的工程应用价值。

基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究

[目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流量修正后的2种体积力分布模型的模拟精度。[结果]结果显示,2种改进体积力法在敞水工况下其总推力系数的平均相对误差均为5%左右;在艇后工况下,前进合力的平均相对误差分别为1.8%和11.6%。[结论]研究表明,基于改进体积力法的导管螺旋桨在敞水和艇后工况下的模拟精度较传统体积力法有较大的提升,能准确实现对导管螺旋桨水动力性能的数值模拟,可为水下航行器高效、动态的操纵性仿真奠定基础。

轮缘推进器水动力性能数值分析

轮缘推进器作为一种新型的推进方式,取消了螺旋桨推进中轴系的设置,具有舱容占比小、噪声低和振动小等优点,可用于潜艇、鱼雷或者是游艇等海洋航行器,有广泛的应用前景。本文基于STAR-CCM+仿真软件,针对推进器流场进行数值模拟,采用SST k-ω模型完成对轮缘推进器水动力性能的数值计算,分析了建模时简化推进器驱动环间隙及桨叶弦长和螺距比对推进器水动力性能的影响。

南极磷虾船水动力性能研究

为了保障南极磷虾船的安全作业,采用DNV船级社的SESAM软件系统,建立全船的有限元模型,开展了水动力性能、波浪载荷及运动响应计算研究。结果表明,SESAM软件能够较好地预报波浪载荷与船舶的运动响应,并能为研究其他类型大尺度结构物的水动力问题提供一定的指导。

船舶轴系纵向振动特性预报软件设计与实现

为实现船舶轴系纵向振动固有特性的预报,该文基于QT平台开发了一款预报软件。软件的核心求解器采用MATLAB语言编写,求解算法采用霍尔兹法,并与ANSYS软件仿真结果、某实际轴系纵向振动计算结果进行了对比验证。在此基础上,探讨了不同轴系参数变化情况下,轴系纵振特性的变化规律。结果表明:影响轴系纵振固有特性的参数主要有曲拐半径、曲臂厚度、推力轴承纵向刚度和材料弹性模量,相关的研究成果可为船舶轴系减振降噪提供参考。

基于经验公式法的船舶螺旋桨脉动压力计算与软件开发

船体振动是船舶在航行过程中由于各种原因产生的振动,船上90%的振动源于螺旋桨的脉动压力,其可激起艉部振动、上层建筑振动和局部振动。特别是在螺旋桨上方区域,往往由螺旋桨脉动压力而激起局部结构共振或强迫振动,进而造成结构疲劳破坏或居住舒适度减小,因此减少螺旋桨脉动压力产生的振动很有必要。在螺旋桨设计初期,过于复杂的脉动压力计算方法便捷性不高,设计出1款能快速估算螺旋桨脉动压力的软件十分重要。该文基于QT平台和MATLAB软件混合编程,采用经验公式法,开发了1款船舶螺旋桨脉动压力快速估算软件,探讨了脉动压力的影响因素及其变化规律。结果表明:船舶剖面形状参数、船舶种类和螺旋桨转速对螺旋桨脉动压力影响较大。该项研究成果可为船舶减振降噪提供参考。

水下气动发射装置发射性能参数灵敏度分析

为了研究某型水下气动发射装置的内弹道性能,对主要参数的影响规律和灵敏度进行了分析。基于热力学和动力学理论建立了发射系统各部件的数学模型,再将它们综合起来得到了发射系统的整体模型。由模型计算的武器发射管内的运动时间、气瓶剩余压强与水池试验结果吻合,验证了模型的有效性。利用局部灵敏度分析法,对发射管最高膛压和武器出管速度的4个主要参数进行了影响规律分析。结果表明:影响发射过程最高膛压的最灵敏参数为武器运动初始阻力;影响武器出管速度的最灵敏参数为发射气瓶初始压强和发射阀最大开启面积。

船舶上层建筑开口群结构强度试验与外压载荷等效加载方法

[目的]旨在探究外压载荷等效加载对船舶上层建筑开口群结构应力计算结果的影响。[方法]首先,构建三维密闭缩比结构模型,通过内部抽真空方式模拟结构所受均布外压载荷,以及开展结构强度试验。通过数值仿真分析,研究点、线和面等不同等效加载方式下结构附近典型部位的应力分布。然后,对比各加载方式下仿真应力值和试验值,探讨等效多点加载时加载点间距对结构应力分布的影响。[结果]结果表明,等效弹性面及等效线两种加载与实际外压载荷作用吻合较好;在加载点间距与开口周长比达到0.074时,等效点加载所得结构测点应力与试验结果吻合较好;等效刚性面加载下结构测点应力与试验结果平均相对误差较大。[结论]等效弹性面加载、等效线加载和具有一定密度的等效点载荷加载可较好地模拟实际外压载荷加载的作用,而等效刚性面加载会导致开口角隅或边中点等部位应力严重偏低。

水下任意刚性散射体对Bessel波的散射特性分析

本文利用Bessel波的谐波展开式,采用T矩阵方法的推导思路,建立了水下任意刚性散射体在Bessel波照射下的声散射场计算公式.以水下刚性椭球体和两端附连半球的刚性圆柱体为例,计算了在不同波锥角β下的反向散射形态函数,同时,依据镜反射波和绕行波的干涉物理模型,给出了预报Bessel波照射下的反向散射形态函数峰峰间隔值的计算模型.仿真结果表明本文提出的Bessel波照射下反向散射形态函数峰峰间隔值预报方法是准确有效的,同时也说明,本文建立的基于T矩阵法计算水下任意刚性散射体在Bessel波束下的声散射场方法是有效的,这拓展了T矩阵法的应用领域.

实验技术创新是提升学生培养质量的一条重要途径

结合船舶与海洋工程专业的实验技术创新成果"新型约束模水动力性能测试装置",论述了实验技术创新的重要性,给出实验技术创新意识培养的几点建议和实验技术创新成果凝练推广的几个重要举措,表明实验技术创新会对实验室建设发展以及提升学生培养质量起到重要的促进作用。

水下气动发射装置内弹道仿真和参数影响分析(英文)

对某水下气动发射装置进行了理论分析,研究了其内弹道特性。利用数学建模方法对发射过程进行了建模并对内弹道性质进行了计算。对影响内弹道性能的3个主要参数:武器运动的初始阻力、发射阀最大开启面积和发射气瓶初始充气压强进行了分析。计算结果表明:发射管最大膛压的主要影响参数为武器运动初始阻力;而武器出管速度的主要影响参数为发射气瓶初始充气压强和发射阀的最大开启面积。

波浪中自由自航船舶轴系功率特性的数值预报方法

[目的]为了研究船舶在波浪中约束模与自航模运动特性的差异以及船舶轴系功率特性,开展船舶波浪中自航性能数值仿真预报。[方法]首先,选取KCS船模和KP505桨模,采用URANS方法进行船舶波浪自由直航CFD模拟;然后,基于自研URANS求解器HUST-Ship与自研结构化动态重叠网格代码HUSTOverset,以及改进型体积力螺旋桨推进模型,对船舶在不同波浪条件下的运动响应进行耦合求解,包括两自由度KCS约束模运动仿真和三自由度自航模自由直航仿真,并对比这2种方法预报船舶运动特性的差异;最后,采用对数分析法得出波浪中船舶自由直航功率增加的主要成分及其具体占比。[结果]KCS船模在波浪中自航时,推进效率和波浪增阻对功率增加的贡献占比分别为23%~26%和74%~77%,即波浪增阻占比较大。[结论]因此,降低波浪中功率增加的最有效方法是减小船舶运动以降低波浪增阻。

艉斜浪下船舶倾覆特性直接CFD数值模拟

[目的]由纯稳性丧失引发的船舶倾覆是国际海事组织(IMO)针对船舶第二代完整稳性的重点研究问题之一。[方法]基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与操纵运动反馈控制模块,对带螺旋桨、带舵的自航船舶在艉斜浪下保持航向操纵运动进行数值模拟,预报纯稳性丧失下船舶的六自由度运动,并对船舶的失稳运动及倾覆特性进行直接评估。[结果]结果显示,船舶在持续的稳性丧失情况下会产生大幅度的横摇运动,最终会因横摇角过大而导致倾覆现象的发生;在稳性丧失的状态下,船舶艏摇角显著增大,说明船舶在该状态下依靠操舵已无法有效控制船舶航向,会导致较为明显的横甩现象。[结论]所做研究表明,采用CFD方法模拟船舶失稳运动与倾覆现象准确性较高,研究成果对于研究船舶第二代完整稳性衡准具有一定的参考意义,可为纯稳性丧失的直接稳性评估方法研究提供支撑。

基于改进体积力方法的实尺度船舶回转运动数值仿真

论文采用CFD方法结合重叠网格技术对船舶的回转性进行了仿真,采用自研CFD软件HUST-Ship求解RANS方程和物体的6自由度耦合运动。RANS方程采用有限差分法和PISO算法求解,湍流模型采用(SST)k-ω模型。还采用了基于UBET方法的改进体积力方法。对一艘43.4m长的高速巡逻艇在实尺度雷诺数下的回转运动进行了数值仿真,避免了尺度效应对计算精度的影响。将计算结果与实船试验数据进行对比,误差较小,表明了自研的CFD软件计算实尺度船舶回转运动的结果是可靠的。

浮筏隔振系统动力学建模与软件开发

现代舰船机电设备多采用大型浮筏隔振系统进行动力设备的隔振与冲击隔离。基于多刚体动力学理论,建立复杂空间多刚体系统动力学方程,可以用于浮筏系统方案设计阶段的摇摆、振动与抗冲击计算。首先建立各子系统的动力学方程,再通过各子系统的组装得到整个系统的动力学方程。系统的刚度和阻尼矩阵均可以通过方向余弦矩阵R、迁移变换矩阵T等矩阵之间的基本运算得到,无须矩阵求导和方程线性化。理论推导得到的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵与有限元法生成的质量、刚度、阻尼矩阵完全一致,验证本方法建模的准确性。在此基础上,在MATLAB环境下用App Designer开发一款浮筏隔振系统静、动态分析软件,可对浮筏隔振系统的静力、摇摆、振动与抗冲击性能进行快速预报,结果与有限元法计算结果吻合良好。该软件有望解决浮筏隔振系统在初期设计阶段计算周期长且繁琐的难题。

采用MMG模型预报船舶的操纵性能

针对KCS船模的操纵性能进行预报,求解4自由度的MMG方程.采用STAR-CCM+进行斜拖试验(OTT)和PMM仿真来获取水动力导数,仿真获取的水动力导数与相关试验值吻合良好.将仿真获取的水动力导数应用到MMG方程中来预报船舶的操纵性能.预报结果与试验值吻合良好,证明使用CFD方法获得船舶的水动力导数,然后求解MMG方程是可行的,并且可以较好地预报船舶的操纵性能.该方法可在船舶初步设计阶段用于获取船舶的操纵性能.

“船舶流体力学”课程教学内容的分析与思考

“船舶流体力学”是船舶与海洋工程(081901)本科专业的专业基础课程之一。以面向行业需求为抓手、以夯实流体力学基础为根本,结合课堂教学实践,文章对国内已有船舶流体力学教材内容进行分析,在此基础上提炼出“船舶流体力学”教学所需解决的核心问题,并就“船舶流体力学”教材大纲编写提出初步建议。明确了“船舶流体力学”课程的定位,厘清了船舶流体力学与相关课程的关系,有助于提高“船舶流体力学”课程及后续专业核心课程的教学效果。

水面舰艇振动固有频率快速估算软件开发

为实现船体振动固有频率这一重要参数的快速估算,开发出一款水面舰艇振动固有频率快速估算软件系统。本软件以QT和MATLAB为开发工具,可进行船舶水平和垂直方向振动固有频率快速估算。基于该软件,分析了船体最大宽度等参数改变时对船体垂直方向与水平方向振动固有频率的影响规律。发现船体二阶振动固有频率随船体最大宽度的增加而增加,且成一次函数的关系。舯剖面型深对船体振动固有频率的影响较小。随着船体吃水的增加,船体垂直方向振动固有频率增加,船体水平方向振动固有频率减小。研究成果为船舶设计初期参数的选取提供了参考,体现了该软件在船体振动固有频率快速估算方面的实际价值。

敷设抗冲覆盖层的双层圆柱壳抗冲性能研究

[目的]旨在研究双壳体潜艇非接触水下爆炸下的抗冲性能,提出在壳体表面敷设抗冲覆盖层的防护方法,以内壳冲击响应为评价指标,研究不同敷设方式下的抗冲击效能。[方法]采用声−固耦合法,建立外流场−外壳体−舷间水−内壳体的非线性流−固耦合冲击动力学模型,对内外壳外表面均敷设覆盖层(工况2)、仅内壳外表面敷设覆盖层(工况3)和仅外壳外表面敷设覆盖层(工况4)情况下的壳体冲击响应及覆盖层抗冲击效能进行对比分析。[结果]结果表明,对于工况2,内壳体迎爆面不同测点处的加速度、速度和位移峰值平均降低量分别达94.1%,81.2%和23.3%,周向和纵向微应变峰值平均降低量达67.7%和88.3%;对于工况3,相应值分别为60.4%,45.4%和−2.1%,以及34.6%和68.0%;对于工况4,相应值分别达86.7%,75.1%和20.3%,以及68.6%和77.8%。[结论]针对双壳体潜艇,在壳体上敷设抗冲覆盖层可有效降低内壳冲击响应,尤其是加速度和速度响应。在外壳体外表面上敷设覆盖层时的抗冲击效果更好。

“海上列车”静水及波浪中的水动力特性研究

为了研究新型多船航行概念“海上列车”在波浪中的运动特性和阻力性能,开发了一种基于功能分解的势黏流耦合方法.选取了Blunt Wigley船型为研究对象,三艘Blunt Wigley以0.1L(L为模型船长)的纵向间距串列组成多船系统.采用自主研发的势黏流耦合求解器HUST-SWENSE与结构化动态重叠网格代码HUST-Overset耦合求解船舶在波浪中的运动.静水中单船和多船系统阻力性能对比发现:串列式“海上列车”中引导船减阻效果明显,而后续单船均有不同程度的增阻,位于最尾部位置的单船阻力增加最大.通过对波浪中单船和多船系统的运动响应、波浪增阻和不同成分波系的对比分析发现:当参数τ>0.25时,引导船的运动特性与波浪增阻特征和单船几乎相同,须根据具体航行海况调整船间纵向距离以达到减阻的目的.