全附体ONRT船模在波浪中自航的数值模拟（英文）

采用基于重叠网格技术的CFD方法数值研究了全附体ONRT船模在迎浪工况中自航的水动力特性.文中数值计算采用自主开发的面向船舶与海洋工程的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU.自航计算中船体运动及螺旋桨转动等通过重叠网格技术完成,波浪环境则采用求解器中的三维数值造波和消波模块实现.计算中自航船模的螺旋桨转速通过静水自航数值计算得出,波浪工况计算采用东京2015 CFD会议中标准算例进行设置.数值计算结果,如船体运动、实时航速变化等,与试验数据进行了对比分析.此外,给出了数值预报的推力和扭矩系数,并且通过详细的流场信息来分析和解释了船模在波浪中自航过程中的水动力变化情况.数值预报结果同试验值吻合较好,说明采用当前结合重叠网格技术和CFD的数值方法可以很好地预报波浪中自航问题.

ONR内倾船在波浪中船桨舵耦合下航向保持数值模拟

波浪中船舶航向保持能力反映了船舶操纵性能的优劣。论文使用通用的商业软件STAR-CCM+,模拟ONR内倾船在顶浪和艏斜浪下的航向保持性能。采用重叠网格技术,实现船桨舵耦合的多体运动求解。通过速度边界条件进行造波,采用欧拉叠加模型结合势流方法进行消波,并对舵施加自动控制来实现航向的保持。通过计算给出了船舶在顶浪和艏斜浪中的六自由度运动参数和舵角变化的时历曲线,并与2015年东京CFD Workshop中公开的模型试验数据进行了对比分析,相关结果与试验吻合较好,验证了论文提出的波浪中船舶航向保持计算方法的可靠性。还分析了自航船舶在一个波浪遭遇周期内顶浪和艏斜浪中自由面和尾流场涡结构的变化。

吊舱推进豪华邮轮在波浪中的功率增加预报试验研究

[目的]旨在阐述采用吊舱推进船舶在波浪中的功率增加预报试验方法,并通过模型试验得到目标豪华邮轮在实际海域中的功率增加值。[方法]针对一艘采用吊舱推进的豪华邮轮,在拖曳水池中开展波浪中的自航模型试验研究,通过在缩尺后的吊舱包内安装专为本试验研制的吊舱动力仪,测量吊舱桨发出的扭矩和转速,然后将传统的静水自航试验方法拓展至波浪中,依据ITTC推荐规程对试验数据进行后处理并分析影响试验精度的误差来源。[结果]根据ITTC推荐的扭矩转速法预报得到的目标船功率增加峰值出现在波浪周期12 s附近,当有义波高为2 m时,波浪中功率增加值为554 kW,占静水中功率的比例达18.53%。[结论]所述自航模型试验方法适用于吊舱推进船舶,可用于预报船舶在波浪中的功率增加,可为深入研究船舶在波浪中的推进特性,进一步丰富船舶节能减排的设计优化手段提供有益参考。

基于模型试验的波浪中实船功率及失速预报方法对比

为对比研究波浪中的实船功率及失速预报方法,以一艘19 000载重吨多用途船为试验对象,开展迎浪规则波中的阻力和自航试验,并分别采用国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)推荐的扭矩转速法(Torque and Revolution Method,QNM)、推力转速法(Thrust and Revolution Method,TNM)、阻力推力一致法(Resistance Thrust Identity Method,RTIM),以及对TNM和RTIM提出的经验修正方式进行失速预报。对比发现:采用这些方法得到的失速预报结果在低海况下基本相近,均在工程允许的精度范围内;受线性波假设影响,波高较高情况下的失速预报结果一般偏大。提出的RTIM经验修正方式考虑了相对旋转效率的影响,适当减小了预报值,且其预报结果与QNM和TNM更接近,证明了其合理性。在实际工程应用中,为节约试验时间与成本,建议采用该方式进行失速预报。

自航船舶在首斜浪中航向保持的数值模拟

自航船舶在复杂海浪环境下的运动可以直接反映船舶的航向保持能力。该文借助自主开发的船舶水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU,数值研究了自航船舶在首斜浪工况下的航向保持性能。数值计算中通过重叠网格技术结合多级物体运动模块实现船桨舵的复杂耦合运动求解,入射波浪通过自主开发的数值造波模块实现,并且开发了航向控制模块实现航向保持的数值模拟。通过计算得出了船舶在首斜浪工况下的六自由度运动、螺旋桨的推力和扭矩、舵角的历时曲线,以及船舶的运动轨迹。数值计算结果同东京2015CFD研讨会上的模型试验数据吻合良好,验证了直接数值求解波浪中船舶航向保持问题的可靠性。同时,还给出了自航船舶在首斜浪中的自由面变化,以便进一步分析船舶在波浪下的航向保持问题。