高速气泡艇阻力数值模拟及气泡减阻效果分析

考虑到复杂界面流动的需要,基于三维非稳态的Navier-Stokes方程,采用有限体积法进行数值离散,VOF方法处理自由面和艇底喷气后的气液流场,在应用分区结构化网格划分技术的基础上,建立了高速气泡艇阻力数值模拟方法。应用该方法对不同气泡艇方案的阻力进行了数值模拟,详细分析了不同气腔形式、不同喷气量、喷口位置及数量对减阻效果、气泡覆盖、压力分布和自由面兴波情况的影响规律,为高速气泡艇方案的进一步优化设计提供了技术支撑。

气泡艇机动过程中气泡稳定性分析

该文采用基于RANS的数值模拟方法对气泡艇在机动过程中(横倾、斜航和回转)的气泡稳定性及其受力情况进行了研究,获得了气泡艇机动状态下的艇底气泡形态、自由面兴波和压力分布等结果,初步分析了机动过程中,气泡是否可以形成并稳定维持、气腔内气泡的形态以及喷气对气泡艇稳定性的影响等问题,计算结果可为气泡艇方案设计提供参考。

B.H.型气泡滑行艇阻力模型试验研究

通过艇底开槽的B.H.型气泡滑行艇(简称为B.H.艇)气层减阻的模型试验,初步研究了不同因素(气流量、艇速、开槽方式等)对B.H.艇的气层减阻规律及运动姿态的影响,并对艇底流态进行了较全面的观测。结果表明:当空腔在艇底的投影面积相同时,不同开槽方式对喷气减阻效果的影响不大;航速与气流量均是影响B.H.艇气层减阻效果的重要因素,在饱和气流量下B.H.艇的相对减阻率可达50%以上,绝对减阻率可达15%以上。开槽使得不喷气时的阻力增加较大,但空腔对保持气层的稳定性是相当有利的。

气泡高速艇波浪中阻力及纵向运动模型试验研究(英文)

在高速拖曳水池里,开展了气泡高速艇规则波中阻力及纵向运动模型试验,研究了气流量、艇型、艇底开槽等因素对气层减阻率及艇体纵向运动性能的影响。结果表明:艇底形式对波浪中的气层减阻率有重要影响。艇底设置断阶时,在短波中减阻率为5%,长波中的减阻率达20.5%;艇底开槽时,在试验波长范围内,减阻率可达30%左右;对本身具有良好喷溅抑制作用的艇型,艇底直接喷气减阻率为8%,且不受波长变化的影响。艇底气层对纵向运动性能影响较小,长波中还略有改善;艇底槽深主要影响不喷气时的阻力,对饱和喷气下的阻力影响甚微。

气泡高速艇艇底气穴形态及减阻机理研究

为了揭示高速艇气层作用下的艇底流场特性及气穴减阻机理,基于VOF模型建立了气泡高速艇粘性兴波流场数值计算模型,分析了气穴形态、艇底压力及艇体阻力的变化规律,初步分析了气穴减阻机理,计算结果得到了模型试验的验证.研究结果表明:向艇底饱和喷气可形成稳定的大气穴,气穴厚度沿艇长方向逐渐减小;航速较低时气体从气腔中部的舷侧溢出,航速增加气穴向后延伸至艇尾,从气腔尾部两侧离开艇体;未喷气时,在气腔首部形成一个局部负压区;饱和喷气后,气穴内部变为等压腔体;气穴主要通过减少湿表面积降低摩擦阻力,对剩余阻力的影响不大.

气泡高速艇波浪中阻力及运动性能数值研究

为探索气泡高速艇在波浪中的减阻效果及运动性能,基于RANS方法,应用Overset网格技术、数值造波、HRIC-VOF方法及6-DOF运动模型构建气泡高速艇静水及波浪中的数值水池,阻力计算与试验值的偏差小于4.59%,纵向运动计算值与试验值偏差小于6.4%。进而分析了气层对B.H.型高速艇波浪中阻力、纵向运动的影响规律,研究了艇体运动对气层面积与形态的影响规律,获得了波浪中气层-艇体相互作用的力学过程;气层对垂荡的影响甚微,对纵摇有改善效果;顶浪条件下纵向运动对气层面积的影响不大,波浪中的减阻率仍可达27.24%~30.62%。

航行姿态对气泡高速艇艇底气穴稳定性的影响

为探索气泡高速艇航行过程中航态变化对艇底气穴形态及其稳定性的影响，基于RANS方程与VOF两相流模型，构建了气泡高速艇艇底气穴形态及粘性流场数值计算模型，研究了纵倾和横倾对艇底气穴形态、面积及尾部气穴逸出的影响规律。数值计算结果表明：艇底气穴沿舷侧和纵向去流方向扩散，饱和气流量状态下气穴面积随航速提高而增加；尾倾角增大对Fv-2．796状态下的气穴面积影响不大，但会引起Fv=1．398及Fv=2．097状态下的气穴面积增加；尾倾4°～6°有利于保持气穴的稳定性；存在一个临界横倾值，当横倾角超过2。后，气穴向吃水较浅的一侧偏移，气穴面积急剧减少。