高速槽道双体艇船型设计与阻力性能评估

[目的]槽道双体艇是一种中部贯通含有两个滑行片体的特殊滑行艇船型,中部槽道受到气旋抬升作用能使艇体脱离水面达到更高的航速,具有良好的快速性,同时在高速航行时能很快进入稳定状态。针对高速槽道双体艇的艇型参数化设计与阻力性能评估对于高性能船舶的船型开发与设计具有重要意义。[方法]采用clamped B样条曲线定义槽道双体艇的主要型线进行艇体船型参数化构型,并通过STAR-CCM+软件设置多船型方案对比,研究双体艇槽道尺寸和斜升角大小对艇体阻力性能的影响。[结果]得到比初始设计船型阻力降低17.3%的优选船型方案。[结论]与同尺度同排水量单体滑行艇对比,结果证明,在中高速工况下,本文所研究的高速槽道双体艇具有更加优良的航行性能。

浸没式喷水推进器脉动流场特性数值分析

为分析浸没式喷水推进器的流场脉动特性,分别以前置定子式和后置定子式喷水推进器为对象,完成船后推进器瞬态流场的数值仿真;分析导管、定子和转子脉动压力、脉动推力特性。结果表明,对前置定子式喷水推进器而言,静止部件的推力主要由导管产生,导管壁面的压力脉动远大于定子;受转子和定子相互作用的影响,转子和导管内壁相互作用区域的流场脉动最强,且体现了转子特征。对后置定子式喷水推进器而言,由于定子后置其对转子进流影响减弱,使得各部件脉动流场均体现了转子信息,且转子脉动力幅值增加。结合不同结构形式浸没式喷水推进器的脉动流场分析结果可知,后置定子式推进器的流场脉动量要低于前置定子式推进器;且前置定子式喷水推进器的脉动流场特征较后置定子式喷水推进器更为复杂,亦不利于推进器的降噪设计。

浸没式喷水推进两栖车推力减额特性与艉部布置研究

本文基于RANS方法和重叠网格技术开展浸没式喷水推进两栖车阻力和自航性能数值模拟研究,分析其在0.468<Fr<0.675范围内推力减额的变化规律,并针对设计工况优选车体与推进器的匹配方案。研究结果表明:在全航速范围下喷水推进器的抽吸作用会大幅降低车尾区域压力,这是造成推力减额的最主要原因;喷水推进器的射流以及车体的姿态变化也是影响推力减额特性的重要因素;低航速时两栖车尾封板浸在水中,姿态变化对推力减额影响较小,喷水推进器射流导致车尾回流更明显,造成较大的推力减额;高航速时两栖车尾部扫空,喷水推进器射流对推力减额影响较小,但姿态变化对两栖车推力减额的影响较大,适当将浸没式喷水推进器后移或喷口向下倾斜可有效降低推力减额。本文研究结果可为浸没式喷水推进两栖车推进方案优化设计提供技术参考。

限制水域下喷水推进器水动力特性研究

本研究采用数值模拟方法对无限水域和限制水域中喷水推进装置的水动力特性进行对比分析,开展不同水深条件下喷水推进器进流特性、进口流道效率和推进泵水力特性研究,并据此评估开式循环水槽环境下水槽侧壁和底面限制对喷水推进装置水动力性能的影响。数值计算结果表明:限制水域下喷水推进船底部和水槽底面间水流因阻塞效应使速度增加产生回流,水槽侧壁对自由液面兴波产生反射,随着水深减小,流道进口获流区平均轴向速度明显增加;不同水深吃水比下,进水流道出口非均匀度增加,但进口流道效率变化不大;相比于无限水域条件,限制水域中推进泵流量系数、扬程系数和泵效率的预报结果偏高1%~2%。

基于动量流量法对喷水推进系统推力的CFD计算

采用结构化网格与非结构化网格相结合的方式划分了喷水推进系统的流场区域,采用稳态多参考系方法进行了数值计算。在此基础上,定义并求解一用户自定义标量函数标记整个流场,并根据标记结果将被喷水推进器吸入的流体与其它流体区分开。在后处理过程采用标量函数的等值面来确定喷水推进系统控制体上的流管分界面和进流面。利用数值计算所得的速度场对喷水推进系统喷口和进流面上的动量流量变化率进行计算,间接地得到喷水推进系统的推力。计算结果表明,采用CFD手段计算和分析喷水推进系统包括推力在内的各项性能指标是可行的。

喷水推进器进水流道参数化设计与应用

为了优质高效地设计喷水推进器的进水流道,使其流体动力性能综合兼优,提出了喷水推进器进水流道的一种参数化设计方法.该方法将进水流道的三维几何结构用16个相互关联的参数来描述和构建.流道背部与船体的交界区域以及流道的唇部等流动复杂的区域采用贝塞尔曲线构建.调整16个参数中任一参数的值,其他参数能够根据参数间的关联性自动变化,为快速、灵活、精确地构建和修改进水流道几何结构创造了条件.参数化方法设计的进水流道的综合流体动力性能采用计算流体力学方法进行数值计算,并根据分析结果有针对性地进行流道结构的再调整.将流道几何的参数化建模与流体动力性能的数值计算联合使用能够实现综合流体动力性能优良的进水流道的快速设计.该参数化设计方法用于某喷水推进艇进水流道改进设计时取得了良好效果.

调距桨锁轴拖带工况最小拖桨阻力和水动力矩

采用计算流体力学方法,对某典型5叶调距桨锁轴工况拖桨阻力以及相应的水动力矩随螺距和进流速度的变化特性进行了数值计算,分析了这些特性的流体力学机理.数值计算基于有限体积法,通过数值求解螺旋桨周围三维黏性不可压缩流场RANS方程来模拟螺旋桨在各种工况下的流动特性.计算结果表明:来流速度相等时该调距桨在最大正车螺距时拖桨阻力最大,其幅值约占同航速下船体阻力的80%,水动力矩也最大;在最大倒车螺距时拖桨阻力最小,其幅值约占同航速下船体阻力的50%,水动力矩比最大正车螺距时显著减小;零螺距时拖桨阻力大小居中,而水动力矩最小,接近为零.上述结论可为船舶动力装置部分桨工况时联控曲线的设计和锁轴机构的设计提供理论参考.

喷水推进器进水流道参数化设计方法

为了提高喷水推进器进水流道的设计水平,改善其水动力性能、缩短设计周期、降低设计费用,研究了进水流道的参数化设计方法.在该方法中,进水流道的三维几何结构采用11个动态关联的控制参数定量描述.改变这些控制参数的值可自动调整流道的三维空间形状,实现流道几何的快速建模.在此基础上,利用计算流体力学方法对进水流道及船尾流场进行数值计算,用进水流道的出流均匀度、流动分离程度、空化程度、流动损失程度以及变工况适用性等多项指标对进水流道的流体动力性能进行综合评估.流道三维几何结构的参数化建模和综合流体动力性能的数值模拟这2个过程迭代运用,可实现进水流道的优质、快速设计.

双体船平移操纵水动力性能试验研究

介绍了用船模拖曳试验来确定某喷水推进双体船平移运动水动力特性的方法,并对试验结果进行了分析.通过船模试验发现,船体平移时的水动力大小随航速增加而快速增加,在同一航速但不同尾斜角下水动力大小也各不相同;水动力的方向和水动力作用点的位置随航速的改变而改变,但变化幅度不大,受尾斜角影响较大.准确掌握船体平移运动水动力特性,可为合理制定喷水推进器的控制策略,充分发挥喷水推进船优异的机动性、操纵性提供理论依据.

喷水推进在现代舰艇的应用分析

简要介绍了喷水推进的基本原理和优点;列举并分析了喷水推进在现代海军高速攻击艇、隐身型舰艇、高速运输舰、护卫舰和驱逐舰等大中型舰艇、登陆舰及两栖攻击车辆上的应用,归纳了喷水推进在现代舰艇应用的特点;最后就喷水推进未来在我海军的应用作了展望。

喷水推进船转弯过程中的喷泵性能研究

建立了喷水推进系统和船体转弯操纵的稳、动态数学模型,并考虑喷泵汽蚀的影响,对喷水推进船转弯过程中的喷泵工作状况进行了研究,为喷水推进船确定合理的转弯操纵方法提供了依据.研究内容包括不同初始航速下所有喷泵大舵角转弯、高初始航速下部分喷泵转弯和高初始航速下所有喷泵小舵角转弯这几种转弯方式下喷泵的工作状况.对计算结果进行分析后认为在非紧急情况下高航速时用部分泵实现转弯是最合适的转弯方式.

喷水推进器推进性能曲线的两种表示方法

针对目前喷水推进器推进性能的表示方法较单一,指导船舶操纵不够便捷的现状,阐述了喷水推进器等功率线形式和等转速线形式推进性能曲线以及这2种表示方法的特点和各自的适用场合,并基于喷水推进基本理论和喷水推进泵外特性数据以原理框图的形式描述了2种形式性能曲线的求取方法.通过研究认为,等功率线形式的推进性能曲线更适用于喷水推进器选型,而等转速线形式的推进性能曲线用于指导喷水推进船的操纵使用或用于描述采用计算流体力学数值计算得到的推进性能时更加方便.

船舶喷水推进器推力分布研究

应用计算流体力学方法对一典型内置推力轴承混流式喷水推进器的流场进行了数值模拟,计算和分析了叶轮、导叶体、进水流道等主要水力部件的推力分布。计算结果显示:(1)在推进特性线上的设计工况,内置推力轴承上的推力约为喷水推进器净推力(合力)的1.5倍,泵静止部件上的推力约为净推力的-0.5倍,进水流道上的推力很小,可忽略不计;(2)各部件上的推力占净推力的比例在推进特性线上的其它工况基本维持不变;(3)在非推进特性线上的工况,各部件上的推力分布不同于推进特性线上的工况,来流速度与泵转速的比值越高时泵静止部件上向后的推力越大,进水流道上的推力不再是可忽略的小量了。喷水推进器推力分布规律的研究结果可为喷水推进器和船尾结构的强度设计时加载水动力作用项提供参考。

喷水推进船转弯过程中柴油机负荷变化规律的研究

建立了喷水推进船转弯过程推进系统的数学模型,研究了转弯过程中柴油机负荷的变化规律。这些规律包括:从直航过程到转弯过程柴油机负荷的变化;直航过程到转弯过程柴油机负荷的增幅随初始航速的变化规律;转弯过程中内侧泵、外侧泵对应的柴油机负荷变化的比较;分别用回转轨迹内侧泵和外侧泵转弯时柴油机负荷变化的比较。研究表明,喷水推进船转弯过程中柴油机的负荷变化幅度不大,一般不会超负荷;在选择转弯操纵策略时应把重点放在防止喷泵进入空泡穴蚀区的研究上。

喷水推进双体船回转性能初探

介绍了喷水推进双体船回转时附连水质量和水动力系数的求法，以及喷泵作用在船体上的纵向推力、侧向力和回转力矩的求法。在此基础上，建立了喷水推进双体船回转运动数学模型，并用MATLAB／Simulink软件对上述数学模型描述的喷水推进双体船的回转性能进行了仿真研究。

高速排水型水面船舶泵喷推进技术发展现状

水面船舶泵喷推进器是一种适用于大中型高速排水型船舶的泵类新型推进器,具有高效、高功率密度、低振动、低噪声等性能优势。该文首先介绍了高速排水型水面船舶泵喷推进的结构形式与工作原理,以及与尾板式喷水推进等其他推进方式的差异,然后依序介绍了支架型、舱体集成型与线性抽吸型3类不同技术方式的水面船舶泵喷推进器在国内外的发展与应用现状。文中归纳总结了水面船舶泵喷推进技术的国内外整体发展趋势,该工作致力于梳理我国在该技术领域的现有发展成果与技术不足,为该类新型泵类推进技术今后重点研究方向的确定提供参考。

基于液力偶合器试验曲线的数学模型

在船舶动力装置稳、动态特性研究中,需要知道液力偶合器在任意工况下的力矩特性,但厂家提供的试验特性图只包含数条泵轮转速恒定情况下小滑差范围内输出力矩随涡轮转速变化的特性曲线。本文先根据液力偶合器的物理特性得出力矩外特性的解析式,再利用试验曲线提供的数据求出该解析式的系数,然后利用已知系数的力矩表达式,将泵轮转速恒定时的力矩试验特性曲线扩充到整个涡轮转速变化范围。最后将这些扩充了的力矩特性曲线进行曲面拟合,从而得出液力偶合器在任意输入泵轮转速和任意输出涡轮转速下的力矩特性,进而获得船舶动力装置仿真研究中液力偶合器完整的数学模型。

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。

喷水推进器内非定常压力脉动特性

基于RANS方程和SST湍流模型,对喷水推进器内非定常流场进行数值模拟.经网格无关性分析后,计算得到的功率、推力与试验值对比最大误差小于4%.分析了设计转速工况和自航工况时叶轮进口、叶轮出口、导叶中部和导叶出口压力脉动的时域和频域特性.结果表明:喷水推进器内最大压力脉动发生在叶轮进口;受不均匀来流影响,叶轮进口从80°至140°半径方向的压力脉动较大;在叶轮进口与出口处,压力脉动主要受叶轮叶频控制,从轮毂到轮缘脉动幅值逐渐增大;设计转速条件下,喷水推进器运行于设计航速工况时叶轮进口压力脉动最小;自由航行时,压力脉动频率与喷水推进器转速呈线性关系,脉动幅值随航速增加而升高.