多面体网格在船体绕流计算中的应用

为了验证多面体网格在船体绕流、特别是存在自由面的高速船体绕流计算中的有效性,将多面体网格应用于动网格中,基于多面体网格对DARPA Suboff潜艇进行了数值计算;基于混合网格和动区域法对一种高速单体穿浪船进行了数值计算,并将数值计算结果同水池实验结果进行了对比.研究表明:同四面体网格相比,多面体网格能有效减少非结构网格的单元数量,并能用更少的网格单元获取相似甚至更好的计算结果;多面体网格在潜艇绕流计算上的应用效果非常好;结合Robust(Octree)网格生成方法可改善多面体网格的正交性和分层性,进而能够更好地捕捉波形和飞溅;混合网格结合动区域法可以将多面体网格应用于包含船体运动的数值计算.

新型高速无人艇船型和水动力特性研究

无人艇作为最典型的海上无人智能平台系统得到了广泛的关注和开发,高性能无人艇船型开发是无人艇开发的重要组成部分。近期开发了一种用于无人艇的高速高耐波性船型,采用单体穿浪半滑行式设计。介绍了新型高速无人艇船型的概念设计方案及改进方案的船型设计特点。基于拖曳水池试验、自航模试验和CFD手段研究了该高速无人艇船型的水动力相关特性。研究结果表明该高速无人艇船型具有优良的快速性、耐波性和机动性。

新概念高速穿梭艇系列船型及其直航性能

[目的]为了将高速与高耐波性能相结合,上海交通大学开发了高速穿梭艇系列复合船型,目前已发展出单体、双体和三体船型。[方法]介绍高速穿梭艇系列船型的新进展和船型设计特点,并通过数值水池实验对高速穿梭艇系列船型在静水中的直航性能进行研究。数值水池通过求解URANS方程和采用重叠网格技术来预报船体受力和运动。[结果]数值水池实验结果表明,高速穿梭艇系列船型具有优良的快速性和航行姿态,船体兴波和飞溅随船型的不同而有所差异。[结论]展示了多种创新的船舶设计方案,可为研究人员提供定量和定性的参考。

单体半滑行穿浪船船型与静水航行性能

半滑行穿浪船是一种结合了混合式内倾型穿浪船艏和半滑行式水下船体的高速单体穿浪船,同时具有穿浪船的穿浪特性和半滑行船的航行特性,拥有良好的快速性和适航性。半滑行穿浪船采用具有折角设计的压浪型干舷,折角线在船长方向上与水线之间存在夹角。压浪干舷具有抑制内倾型船舶的干舷上浪、提供升力、增加储备浮力和减摇的作用。通过基于动网格的数值计算,对压浪干舷的纵向倾角及优选纵向倾角下的半滑行穿浪船在静水中的航行特性进行研究。计算结果表明:拥有较小纵向倾角的压浪干舷的使用效果较好;半滑行穿浪船同排水型穿浪船相比其在高速段的阻力和姿态得到了很大改善。

穿浪船船型及相关研究综述

穿浪船属高性能船舶。由于其特殊和针对性的船型设计,穿浪船在波浪中普遍具有优良的快速性和耐波性。近年来,穿浪船引起了广泛关注并在实际工程中得到推广。比较系统地介绍单体、双体和三体穿浪船船型的现状,从快速性、耐波性及安全性等方面概述穿浪船船体性能研究的进展,评述穿浪船船体性能的预报方法,提出了若干与穿浪船有关的潜在研究方向。

船首对单体穿浪船水动力性能的影响

通过对4个具有不同穿浪船首的单体穿浪船进行建模并对比分析模型在静水及波浪中的直航运动,研究了水线以上船首形式变化对单体穿浪船水动力性能的影响.研究主要基于数值模拟,通过求解URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程和使用多种动网格技术来预报船体阻力和运动.研究表明:具有瘦削船首的单体穿浪船在短波中的受力和运动对水线以上穿浪船首形式变化不敏感,在波浪中的阻力、运动姿态和加速度比滑行艇的要小;水线以上穿浪船首形式对单体穿浪船在静水中的阻力、姿态和兴波的影响要基于船体尺度进行讨论,大型单体穿浪船静水中的阻力、姿态和兴波对水线以上穿浪船首形式变化不敏感,而水线以上穿浪船首形式对小型高速穿浪艇静水中的阻力、姿态和兴波的影响显著.

船艏及干舷压浪在高速艇上的应用对比

快艇在高速航行时会产生剧烈的艏部兴波和干舷淹湿问题,通常需要采用适当的压浪措施来控制这些不利因素。为进一步研究干舷压浪技术在高速艇上的应用效果并与船艏压浪技术进行对比,基于某一细长高速穿浪船,对比这2种压浪技术对船体兴波、淹湿、运动、稳性和高速下横倾回复力矩的影响。船体淹湿、阻力和船体运动通过求解URANS方程和使用动网格技术获得,高速下的横倾回复力矩也通过求解URANS方程获得。计算结果表明,2种压浪技术均能有效控制船体淹湿,但干舷压浪设计能在船长范围内控制船体淹湿并具有更好的初稳性,在高速下也有更大的横倾回复力矩。自航模试验也验证了压浪干舷的可行性和良好性能。

新概念无人穿梭艇静水操纵性能

引入一种具有单体半滑行穿浪船型的新概念无人艇——穿梭艇,对其优良的操纵性能进行研究和分析.根据国际海事组织船舶操纵性试验标准,搭建穿梭艇自航模系统,进行标准的自航操纵性试验,获取相关的静水操纵性数据.采用船舶操纵性理论,结合试验数据对穿梭艇的操纵性能进行研究和分析.试验和分析结果表明穿梭艇具有良好的操纵性能和灵活性、独特的操纵性特点和优势.此外,采用数值计算方法,对其独特的操纵性特点进行了理论分析.

新概念穿梭艇自航模操控系统试验研究

自航模试验是研究船舶性能的有效手段。针对新概念穿梭艇,设计一种自航模操控系统。该系统包括岸上操控系统和船载自航控制系统2部分,利用无线局域网完成岸上操控系统与船载自航控制系统之间的通信;执行机构配备传感器获取反馈数据,驱动器采用成熟的可编程元件;使用Python语言编写下位机和上位机软件。将系统成功应用于新概念穿梭艇的自航模试验中,试验表明所设计的自航模操控系统可以减小开发工作量,操作方便,可扩展性和可移植性强,能够反映新概念穿梭艇的操纵性能。最后经与船模拖曳水池试验结果进行对比,证明所设计系统应用于自航模试验时能够有效获取可靠数据。

三体船新型分布式连接桥结构强度分析

[目的]减轻连接桥重量是降低三体船重量和重心的重要手段,而结构强度分析是判断减重方案是否可行的前提。[方法]首先,基于三体船的受力特点,提出一种新的分布式连接桥结构,以去除大部分不必要的面板。然后,采用有限元直接计算法分析新形式连接桥的结构强度,并与传统的整体式连接桥进行对比。[结果]计算结果表明,相比整体式连接桥结构,分布式连接桥在满足结构强度要求的前提下,使全船结构重量和重心分别降低了6.75%和5.54%。[结论]采用分布式连接桥可大幅减轻连接桥结构重量,降低三体船的重心和建造成本,为三体船结构设计提供了一种新的思路。

多面体网格在滑行艇数值仿真计算中的应用

通过对NACA滑行楔形体进行数值仿真计算,验证多面体网格在滑行艇数值仿真计算上的精度,并尝试使用多面体网格改善滑行艇数值仿真计算中遇到的伪扩散问题。计算结果表明,基于多面体网格的滑行艇数值仿真计算的精度很高,能够满足工程需要;能够改善滑行艇仿真计算中遇到的伪扩散问题。本文进一步扩展了多面体网格在船舶与海洋工程领域的应用范围,并为滑行艇的数值仿真计算提供有益参考。

浸深对高速斜支柱小水线面双体船阻力的影响

以DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)公开的Suboff潜艇模型作为鱼雷体并以NACA(National Advisory Committee for Aeronautics)翼型生成支柱构建了一艘斜支柱小水线面双体船.以此为基础,考虑黏性,通过求解RANS方程,系统地和针对性地研究了浸深分别对高速斜支柱小水线面双体船鱼雷体和整船阻力的影响,揭示了不同航速下各阻力成分与浸深之间的关系.通过研究发现:浸深对高速斜支柱小水线面双体船阻力影响显著,航速越高,浸深对整船阻力的影响越显著;虽然在近水面由于兴波的存在,鱼雷体阻力随浸深的减小而增大,但是整船阻力还是随着浸深的减小而减小.

基于CAD与CFD的穿梭艇局部船型特征分析

穿梭艇船型是一种针对恶劣航行条件下的高速船艇需求提出的,具有内倾式船首、单体、高速、穿浪的排水型船。论文基于CAD和CFD技术,对影响穿梭艇在静水中阻力和兴波性能的首尾部若干局部船型特征进行了对比分析,揭示了不同船型特征下的穿梭艇性能特性间的差异,为以后相关船型的设计开发提供了有益的参考。

楔形压浪体在内倾式船首中的应用研究

在内倾式船首早期研究的基础上,为了提高内倾式船首的实用性,将楔形压浪体应用于内倾式船首,并通过CFD计算发现楔形压浪体能够有效减小内倾式船首在高航速使用时的干舷淹湿面积和兴波,减小航行阻力,并能提供抑制船舶纵向运动的额外阻尼。

大深度浮力驱动式水下运载器的浮潜运动研究

基于模型试验,对大深度浮力驱动式水下运载器的上浮运动进行研究与分析,基于数值仿真,提出大深度浮力驱动式水下运载器浮潜运动的快速预报方法,并将预报结果与模型试验结果进行对比,证明快速预报方法的准确性。使用快速预报方法,针对水下运载器比重变化、流体密度变化、水下运载器初速度以及水流扰动4种因素对浮潜运动的影响进行研究.此外,对水下运载器作六自由度运动时所受的水动力进行计算,为后续的六自由度运动预报和研究提供基础。

支柱构型对斜支柱小水线面双体船在迎浪中运动响应的影响

基于三维势流理论并考虑黏性阻尼,计算某斜支柱小水线面双体船使用不同支柱构型的耐波性能,结合规则波中的运动响应以及设定海域的波浪谱得到运动有义值。分析发现该船支柱长度、支柱位置及布置双支柱的变化对垂荡和纵摇有义值有显著影响,提出斜支柱小水线面双体船的支柱构型设计对提高耐波性的重要性。

Experimental Study on the High Speed Mono-Wave-Piercing Boat

Mono-wave-piercing boats adopt a tumblehome and wave-piercing design which is becoming popular among military vessels and yachts. Published studies on mono-wave-piercing boats mostly focused on motions and stability in waves, or were conducted at low speed. A new high speed mono-wave-piercing boat is developed in this study and model tests have been finished in order to reveal more sailing characters of mono-wave-piercing boats. Special attention is paid to the sailing characters of mono-wave-piercing boats at speed. Model tests include resistance tests in calm water and seakeeping performance tests in regular waves. Available model test results give an insight in the way how the mono-wave-piercing boat runs in calm water and regular waves at speed and are valuable reference for similar and derived design.