喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1<Fr_L<1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。

三体滑行艇在规则波中的数值预报

基于切片法原理,采用成熟的商业软件SeaKeeper计算三体滑行艇在迎浪规则波中的纵摇运动和垂荡运动幅值响应函数,并将两种不同速度下的理论预报结果与试验结果进行对比分析。结果表明:预报结果与试验值在趋势上较为一致,其遭遇频率也十分接近,说明使用切片法计算三体滑行艇在迎浪规则波中的运动是可行的。

三体滑行艇纵向运动稳定性的数值模拟

为了研究三体滑行艇在高航速下的纵向运动稳定性,利用重叠网格技术对三体滑行艇在失稳时产生的"海豚运动"现象进行CFD仿真。根据艇底的压力分布特征分析了发生"海豚运动"的机理;利用二分法制定了若干计算工况,得到静水航行时的稳定速度上限线和失稳速度下限线,实现了对纵向稳定性界限曲线的逼近。将数值计算结果与模型试验结果进行对比分析,计算值与实验值吻合较好,表明该数值方法具有较好的实用价值。

网格因素对三体滑行艇阻力计算影响探究

为获得三体滑行艇的阻力及其他水动力性能比较精确的计算结果,采用粘性流体力学软件STAR-CCM+,依据网格离散的特点,分别讨论了船体表面网格尺寸、近船面网格节点分布、船体周围加密区网格尺寸以及变形网格技术四个因素对三体滑行艇阻力计算精度、收敛速度和稳定性的影响。通过一系列计算、分析,提出适合三体滑行艇阻力计算的网格划分方案,经验证与试验值有较好的符合度。

三体滑行艇槽道的水气动力特性研究

为了研究槽道的水气动力作用机理,本文利用CFX软件结合船体六自由度运动方程对三体滑行艇在Fr为3.14~5.83的两自由度静水直航运动进行了模拟,结合试验中的船体兴波特性分析了槽道水气动升力随航速的变化规律。计算结果表明:槽道在Fr=5.83时,进入全通气状态;在Fr>4.04时,气动升力成为槽道升力的主要来源并主要作用于槽道末端的平直段。不同的平直段长度的模型的计算结果表明:增大槽道平直段长度能够提升槽道升力,并取得了6.0%的平均阻力收益,但减少了槽道的纵倾力矩,不利于高航速下的纵向稳定;而缩短平直段长度则降低了槽道的升力,并导致阻力出现3.7%的平均增幅,但模型的纵向运动稳定性略有提升。

三体滑行艇阻力试验研究

为了验证三体滑行艇超高速航行能力,研究其阻力特征和船型特点,通过船模试验测量了不同排水量、重心位置下的阻力、纵倾角和升沉,研究了压浪条对阻力与航态的影响.试验结果表明:三体滑行艇2个辅助片体的存在加大了高速航行时气动升力的影响,改善了其水动力性能,具有优异的纵向稳定性和极小的兴波与喷溅,在Fr>8条件下仍能稳定航行,航行过程中出现2次明显的阻力峰和航态变化,第2次航态变化幅度小于第1次,压浪条对高速航行时的航态有一定的改善作用.

基于LSTM的三体滑行艇航态预测与航速控制器设计

三体滑行艇的航态问题是一个极其重要的研究内容,其具有预测难度大、受力复杂、稳定性差等特点。目前,DT决策树以及LSTM(Long Short-Term Memory networks)被广泛应用于故障排除、无人控制、路径规划等方面,并具有较好的工程适用性。在本文中,为了研究三体滑行艇在各航速状态下的航态问题,利用DT决策树+LSTM算法,根据三体滑行艇的运动姿态数据进行训练学习,得到艇体各运动参数的权重分配、实时预测,构建艇体运动姿态数据库,实现对于三体滑行艇的航速调节与匹配。通过试验数据与数值仿真数据的对比分析,得出该方法对于三体滑行艇航态的预测具有较高的准确性,设计所得航速控制器对三体滑行艇在各航态下的航速匹配具有较好的工程适用性。

断级对三体滑行艇水动力性能影响的数值研究

为了研究三体滑行艇设置断级后的减阻效果,利用数值手段分别模拟了三体滑行艇的双断级方案和无断级方案在容积弗劳德数从3.14到5.83之间的绕流场,并将计算值与试验值进行了对比,验证了该方法的有效性.计算结果表明:槽道通气后其内部空气被吸入艇底形成了断级后空穴;所设置的双断级在减少艇底浸湿面积的同时提升了主艇体滑行面的滑行效率,在计算的速度范围内均有较好的减阻效果;断级对三体滑行艇的影响随着航速的增加而愈来愈明显,在计算的最高航速下,双断级可减少主艇体49.1%的浸湿面积,提升16.1%的主体升力,获得的阻力收益为17%;同时,断级还削弱了槽道内兴波,减少了槽道的浸湿面积.

三体槽道滑行艇阻力模型试验研究

为准确评估三体槽道滑行艇的水动力性能,研究该船型的阻力特性和船型特征,对该船型进行了阻力模型试验研究.在不同排水量和重心纵向位置处进行多次拖曳阻力试验,监测其阻力值、重心升沉和纵倾角,研究了重心位置和排水量对该船型阻力性能的影响.试验结果表明:该三体槽道滑行艇有较高的承载能力且具备独特的阻力特性,当航速持续增大越过高速阻力峰时,由于气动力与水动力综合作用船体被抬升,吃水减小导致阻力值发生明显回落,且阻力峰出现的航速与重心纵向位置和排水量大小均相关.

三体消波滑行艇工作原理及技术特点研究

本文根据高性能三体消波滑行艇试验资料和实艇设计经验 ,分析并闸述了三体消波滑行艇的创新点及工作原理 ;总结归纳了独特几何形状、尺度对水动力性能的影响 ;叙述了三体消波滑行艇的技术特点。

高速三体无人船气动阻力仿真计算

本文研究一种高速三体无人船受到的风阻力,采用star-ccm+进行仿真计算,提出了一种计算多角度来流的气动阻力性能方法,并通过风洞实验验证了计算结果的准确程度,说明了计算的有效性。

基于CFD的新型高速艇艇型静水性能研究

深V型艇作为一种优异的改良船型,明显改善了舰船的耐波性及航向稳定性,但由于横向剖面尖瘦,舱室容积相对较小,不利于武器设备的布置,而三体滑行艇作为新型艇型,拥有诸多优势,国内仍处于研究阶段,为了了解这种艇型相对于传统深V艇的优势大小,利用CFD软件从静水性能方向进行分析研究,从阻力、浮态、兴波及艇底压力分布角度来分析其优劣势,结果表明三体艇仅在Fr?<4.5其阻力及浮态劣于深V艇,其他均处于优势,且随着航速提高优势将继续扩大。

引气槽减阻特性的数值研究

为了考察三体滑行艇的引气槽在高航速下的减阻效果,采用数值手段模拟了不同三体滑行艇模型在容积弗劳德数从3.14到5.83的静水直航运动。通过计算值与试验值的对比,验证了数值方法的有效性。计算结果表明,相比于无引气槽模型,引气槽内凹所形成的拱度增大了断级后空穴的范围,减少了航行中的摩擦阻力;引气槽在Fr≥4.93的航速下有着较好的减阻效果,最大减阻收益为5.9%。降低引气槽拱度后,空穴范围变小,阻力性能变差;而增大引气槽拱度在容积弗劳德数从4.04到4.93时阻力有所降低,但空穴范围仍较原模型要小。