限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.

水平面大振幅平面运动机构用于水下运载体水动力系数的研究

水平面大振幅平面运动机构是研究船舶操纵性的重要设备,它用于测定水面船舶的水动力系数。上海交通大学将它用于测定水下运载体水平面与垂直面的线性、非线性和耦合水动力系数。本文介绍其原理、方法与试验结果。

循环水槽平面运动机构试验及其斜航试验的数值模拟

为避免拖曳水池对平面运动机构试验的工况限制并提高测量精度,使用循环水槽开展平面运动机构试验.以大型油轮KVLCC2模型为研究对象,在多个工况下对其进行斜航试验、纯横荡试验和纯艏摇试验,测得船舶操纵性运动所需的水动力数据.将研究结果与日本海上技术安全研究所(NMRI)的试验结果进行对比,证明循环水槽平面运动机构试验具备较强的可靠性.此外,采用通用CFD软件对KVLCC2模型在循环水槽中不同漂角的斜航试验进行数值模拟.将计算得到的水动力及力矩与实验数据进行对比,结果表明,该数值模拟方法适用于循环水槽斜航试验的水动力计算.

一种自主创新机构设计实验台

为了更好地培养学生机械创新能力,设计了面向学生的自主创新机构设计实验台,试验台由矩形框架、滑轨、滑轨滑块、杆件及杆件滑块构成。杆件滑块利用杆件的左右滑动以及自身的上下滑动可以很方便地在实验台平面任意位置悬挂和固定实验时所需的杆件、凸轮,并以之做为固定机架。实验台配置的杆件为丝杆,方便对杆件的长度进行调节以及平面运动机构的搭建。该实验台不仅可以简单形象地演示机构的平面运动,而且还能够帮助同学进行机构创新设计的实验、更好地掌握和理解与机构运动的相关知识。

悬浮隧道水动力性能研究试验方法综述

悬浮隧道设计过程需进行水动力工程试验研究确定相关水动力参数,验证方案可行性。悬浮隧道尚无工程案例,无实测数据,物理模型试验方法是突破该项工程技术的关键。借鉴海洋工程试验方法,对悬浮隧道物理模型试验方法进行论述。首先论述了模型试验基本原理,分为相似准则和流场测量两部分;并详细介绍悬浮隧道水动力工程试验所涉及内容,包括管体拖曳试验、波浪对管体作用试验、平面运动机构试验、水槽试验、涡激运动试验、海洋工程水池试验、水弹性试验;针对试验内容详述了试验原理、试验步骤及影响结果的关键因素等。

基于CFD的水下滑翔机水动力导数计算

水动力导数求解是进行水下滑翔机操纵性能分析的基础,为了快速预报水下滑翔机的操纵性能,开展基于CFD方法的水下滑翔机水动力导数计算研究。选用约束模型试验作为水动力导数求解方法,并给出其CFD数值模拟方法;以SUBOFF潜艇模型为例,进行约束模型试验的CFD数值仿真和水动力导数计算。计算结果表明,CFD数值模拟方法可用于水下潜器的水动力导数计算。采用CFD方法对水下滑翔机的斜航试验、纯横荡和纯首摇运动进行数值模拟,并利用最小二乘法拟合仿真数据得到水下滑翔机的水动力导数,为操纵性能分析提供支撑。

开架式水下机器人水动力系数计算与动力学建模

为实现开架式水下机器人的操纵性预报和开展控制算法的研究,提出一种基于格子波尔兹曼方法(LBM)的水动力系数数值计算方法。对比LBM和传统雷诺平均Navier-Stokes方程方法在稳态纵荡运动和斜航运动中的模拟结果,验证LBM的可行性。建立大振幅非稳态平面运动机构试验的严格运动函数,根据水下机器人结构特点构建包含惯性水动力系数、线性与非线性黏性水动力系数的水动力模型,并采用最小二乘法辨识水动力模型参数。对标准操纵性试验进行数值仿真,验证所建立的6自由度运动方程的有效性。结果表明:与基于传统计算流体力学技术的水动力计算方法相比,LBM不会受水下机器人外形复杂程度的限制,避免了非稳态运动模拟中复杂动网格的更新难题;通过大振幅平面运动机构试验模拟缩短了水动力系数计算周期,该水动力学模型较完整,更适用于操纵性预报和控制算法的研究。

水下航行器水动力系数计算方法

为了高效地求取水下航行器的水动力系数,本文提出了一种空间拘束运动模拟方法。该方法仅需一次算例就可求得方程中的全部水动力系数,在保证计算精度的同时极大地缩短了计算周期。为了验证该方法的准确性,利用航行器完成了平面机构运动试验并模拟分析该试验的数值。2种计算流体动力学方法得到的水动力系数值接近。说明在设计初期,用空间拘束运动模拟方法代替现有的常规平面拘束运动数值模拟,快速求得设计艇型的水动力系数是可行的。此外,该方法的计算结果与水池试验数据的误差较小,进一步表明该方法的可行性。

喷水推进船舶航向稳定性分析

喷水推进是一种船舶推进方式,喷水推进器依靠进流与出流的动量差产生推力,会对船体周围的流动产生显著影响。基于裸船体计算得到的操纵性水动力系数与喷水推进器工作状态下得到的预报之间存在差异,这将影响船舶操纵性的预报。研究项目利用平面运动机构(PMM),分别开展带喷水推进装置的船舶操纵性水动力系数模型试验和相同工况下的裸船体试验,对比各项操纵性水动力系数的变化情况,总结出喷水推进装置对船舶航行稳定性的影响,找到关键的影响因素,为深入探究喷水推进器进出流动对船舶操纵性能的影响打好基础。