新型双体无人测量艇静水阻力性能预报与航态优化

为得到一艘新型双体无人测量艇的阻力性能和经济航态,分别利用模型试验、经验公式和计算流体力学(CFD)方法对该艇进行阻力预报和阻力成分分析.运用CFD方法进一步探究工作航速下船体的不同重心纵向位置对船体阻力、纵倾和船周波形的影响,还为多波束声学设备选取了合适的船体安装位置.结果表明,CFD方法能精确完整地预报双体测量艇从低航速排水到高航速滑行的航态变化和阻力特性,而经验公式法主要适用于测量艇航速较低(F_(r▽)<1.5)时的阻力预报.在4~6 kn测量航速下,该艇的阻力经济航态约为尾倾1.4°,此时在片体间距离船尾约0.3~0.5个船长位置处存在一个相对稳定的高液位区域,适合作为无人测量艇多波束声学设备的安装位置.

喷水推进组合体组合舵在不同航态下的内部流动数值模拟

喷水推进组合体作为我国独创的一种节能型推进装置,其推进效率、操作性能和变工况适应能力的优势显著,在研制到应用的过程中已得到充分体现。通过调整舵壳及舵板的转动角度实现航态控制,对不同转动角度下的推进组合体各部件及整体进行受力分析,并对不同航态下组合舵的内部流动及尾流场进行分析。结果表明:舵壳和中舵板的同步转动改变了组合舵内部流道的压力和速度分布以及喷口后流体的流动方向,以此控制船舶正航转向;小角度转动时相对转动与同步转动效果相似;通过对中舵板转动角度的调节可控制前后出流方向的流量,中舵板在较大相对转动角度时将使得舵内有效流道面积减小,喷口尾流从舵内偏折并从间隙反向喷出,可控制船舶减速或倒航。

基于水动力模型的船舶航态的模拟仿真

根据船舶运动动态平衡原理,采用源汇法建立了在不同浪向下船舶横向运动的水动力模型，根据给定的船舶参数，用STF切片法计算了船体的水动力系数和波浪扰动力(矩)，并存入数据库。提出了采用四阶龙格-库塔法求解船舶运动水动力模型的线性微分方程组，以获得船舶随时间变化的各自由度运动幅值。提出并采用了与以往不同的三维模拟仿真方法--虚拟现实技术，创建了天空和海面波浪等三维海洋虚拟场景，实现了具有真实感的、随时间变化的三维船舶航态（横摇、摇艏、横荡）在该场景中的实时动态仿真，取得了良好的效果。

消波水翼和压浪板对高速圆舭艇航态与阻力的影响

应用大展弦比滑行面理论和近水面短翼理论建立了安装在高速圆舭艇上的消波水翼、压浪板升力计算方法，据此研究了消泼水翼、压浪板引起的艇航态变化及其对阻力的影响。理论计算结果与模型试验结果的比较验证了所提计算方法的实用性。

高速船航态模拟与阻力预报CFD方法应用

中高速船在航行状态下,其航态与低速航行相比有较大的不同,对船舶的阻力有明显的影响。因此,此类船舶的阻力预报必须考虑船舶航行姿态的影响。现有公开发表的关于滑行艇垂向+纵向运动理论预报研究的资料不多见。基于Flu-ent平台对三维船体航态对阻力的影响进行研究,采用动网格技术模拟船舶的航态;同时,为了保证计算的连续性与稳定性,利用FLUENT二次开发平台,编写UDF程序,在离散的时间域内根据船体的受力对船舶运动进行干涉。计算结果表明该方法对船舶的水动力预报问题具有可行性。

考虑粘性和航态影响的单体复合船型运动预报

理论与试验研究表明,单体复合船型可以大幅提升舰船耐波性但对其静水阻力影响不大。如何准确预报该船型的运动性能一直是人们关心的问题。文中采用STF法预报深V船型与深V单体复合船型的纵向运动。研究表明,由于传统切片法基于势流理论,无法反映出复合船型组合附体的粘性效应,因此预报结果与试验结果有很大偏差。文中提出采用考虑粘性的CFD软件Fluent计算带有组合附体部分船体剖面的水动力系数,采用RANS方法计算组合附体的升力系数,同时考虑高速时船体航行姿态的影响进行修正。结果表明文中采用的预报方法可以有效提高单体复合船型运动预报精度。

潜伏式高速无人船型变航态航行试验

为验证新型潜伏式无人船型在水面高速-半潜多种航态之间连续变换的航行原理,建造了约1t的自航模型,并基于自航模型性能测试系统对不同排水量、不同航速、不同加速条件和不同压载流道进排流条件下的变航态航行特性开展了试验研究.结果表明：船型及排水量对轴功率的影响主要集中在弗劳德数（Fr）为0.5～1.0的航速区间;加速和减速方式是主导该平台不依赖吹除装置、自动进排水完成航态变换的重要因素;匀速运动的航速与航态保持能力直接相关,当体积弗劳德数大于1时压载水可完全排出.

机动航态下水中航行器边界层特征参数计算建模研究

文章基于边界层积分求解理论,进行了机动航态下水中航行器厚边界层计算建模,发展了求解动量积分方程组的数值计算方法。编写了相关计算程序。针对SUBOFF潜艇,利用编写的程序,计算得到了边界层特征参数沿艇体分布的曲线,分析研究了机动航态下边界层特征参数变化规律。结果表明,编制的计算程序可用于机动航态下水中航行器边界层特征参数计算分析,为水中航行器水动力性能评估提供技术支持。

舰船航态监测及预报系统研究

基于随机理论基础的研究方法 ,应用矩函数法求解随机风浪中舰船的非线性横摇响应 ,提出了风浪中舰船安全航行的动稳性简化指标 ,研究建立将理论研究成果与测量技术、数据处理、计算机应用相结合的舰船浮态、稳性监测系统数学模型 。

大方尾三体船型阻力及航态预报

现代船舶无论是单体船型还是多体船型,方尾都得到了广泛的运用,尤其对于三体船型,其多为喷水推进系统,船型设计时主体大多采用了较大方尾的设计。方尾船型在航行过程中,方尾后流场及出水情况随航速不断变化,这也一直是方尾船型阻力预报过程中的重点与难点。基于改进后的近场兴波方法,并对方尾后区域采取特殊处理,结合近水面网格快速划分的方法,对方尾船型的兴波阻力及航行姿态进行预报。得到不同航态下湿表面积后,预报船体总阻力。结合经验公式对低航速下的方尾静水力进行估算。以具有较大方尾的某三体船型为例进行计算,并将计算结果与实验值及部分软件参考结果进行对比,证明了理论方法可行有效。

运用广义最小方差控制器实现对舰船航态的综合控制

针对难以得到具有足够精度的舰船模型和精确的舰首海浪的问题 ,本文提出了系统广义最小方差控制器的设计方法 ,给出了实现舰船综合控制的具体步骤和系统总体框图 。

不同航态下船舶运动规律仿真研究

主要根据波浪叠加理论,采用ITTC单参数标准海浪谱对随机海浪作用下船舶线性横摇、纵摇运动进行建模和仿真研究,探讨不同船型、各种航态(不同海况、不同航速、不同航向)下船舶横摇和纵摇运动规律,为进一步研究船舶的减摇预报与控制打下基础。

基于支持向量机的高速滑行艇航态优化

引入支持向量机(SVM)分类算法研究滑行艇纵向稳定滑行与纵向运动失稳之间的分界线,验证重叠网格法与Realizable k-ε湍流模型在计算滑行艇阻力及自由升沉纵倾时的准确性,使用该方法对一组以体积弗劳德数Fr▽及重心纵向位置l cg为设计变量的样本点进行数值计算,并使用SVM法对计算结果进行分类,提出基于“偏离度约束”的SVM,使用该改进算法拟合分界线,使用修正后的分界线对重心进行优化,减阻效果可达5.15%,同时可求得在原设计方案的重心下,航速提升至Fr▽=7.16。

影响槽道水翼艇阻力和航态的因素分析

在槽道艇的槽道下方装上首尾水翼以及在艇尾装上尾压浪板对艇的阻力及航态有较好的改善效果。通过对4种不同尺度、不同排水量的阻力性能、航态进行试验分析,得出了有利于阻力、航态的水翼翼型、水翼安装角、水翼安装位置,尾压浪板的安装角及其与水翼最佳配合的结论。

多附体对滑行艇静水阻力及航态影响的试验研究

本文采用试验方法研究了两种附体对滑行艇静水阻力性能及航行姿态的影响。开展了艉部不带有拖曳力和带有拖曳力两种情况下的模型试验。在不带艉部拖曳力的情况下,分别研究了防溅条长度一定时不带阻流板、带有不同高度阻流板和阻流板高度一定时防溅条长度变化等情况下模型静水阻力和航态的变化,讨论了两种附体的影响及耦合作用。在带有尾部拖曳力的情况下,进行了防溅条长度不变时不带阻流板和带阻流板的试验,以及阻流板高度不变时带有不同长度防溅条的试验。通过试验结果的对比分析获得了这两种附体产生影响规律及两附体耦合作用下的参数建议。

多航态高速无人艇阻力试验研究

为了研究多航态高速无人艇在不同吃水航态下的阻力性能以及运动特性,在半潜到水面航态范围内变换6个吃水状态进行模型阻力试验,试验速度涵盖排水航行到滑行状态范围,对每个吃水工况下的航行姿态、阻力性能进行分析研究。结果表明,该多航态高速无人艇在一定吃水范围内都有着较好的阻力性能以及良好的运动姿态,在中低速(Fr■<2.0)条件下,该模型在不同吃水下的运动姿态、阻力性能随航速的变化趋势一致,但在高速滑行(Fr■>3.0)条件下变化趋势有差异;剩余阻力占总阻力的比例Rr/Rt随着吃水的增加而不断增大,在相同吃水条件下Rr/Rt随着Fr■的增加呈现出先增大后减小的规律。

舰船海上补给的航态决策方法研究

舰船横向补给是海上物资和装备的一种主要补给手段,舰船的航态和横向间距是舰船横向补给的关键影响因素。在复杂海况下,单纯依靠补给指挥员的经验及补给规范往往无法得到兼顾补给效率与安全的舰船航态和横向间距值。通过对复杂海况下海上航行补给环境影响因素的深入分析,基于舰船的耐波性理论,建立舰船航态的耐波性安全评估和决策模型。对5级海况下的舰船航态进行计算,通过与相关文献研究的结果以及舰船的补给规范进行对比,证明了计算结果的准确性,验证了该决策方法的可行性与工程应用价值。

兴波及航态对螺旋桨激振力预报的影响

针对船舶航行时的船体兴波及航态变化,采用RANS方法、VOF方法及船体六自由度运动方程,建立了考虑船体兴波及航态变化时螺旋桨激振力的计算方法。叠模、考虑船体兴波及考虑航态变化时螺旋桨推力、船底板压力计算结果的对比表明:考虑兴波及航态变化时,由于流速变化,螺旋桨推力平均值减小,船底板压力平均值增大;由于来流不均匀程度的变化,1倍叶频处峰值减小;考虑兴波及航态变化时,计算得到的激振力更加接近真实情况,但由于激振力在频域中较为接近,为节约计算量,计算时可不考虑船体兴波及航态变化。

内支线集装箱船最佳航态研究

为有效提升船舶能效,本文针对内支线敞口集装箱船,通过数值计算分析,建立各典型载况及航速下船舶阻力与纵倾角度间的数学模型,从而在营运中通过航态最优化来实现船舶节能。

多航态水下仿生机器人的设计

为解决传统水下作业方式中AUV巡航配合ROV定点作业存在的运动局限性和配合的复杂性问题。文章设计一款集AUV巡航能力和ROV定点作业能力于一体的水下仿生机器人。将鱼类的游动和昆虫的爬行进行有机结合,既保证游动的效率和机动性,又保证在崎岖地形的稳定性,同时发挥二者的优势,相辅相成,更好地适应水下环境,降低仿生机器人对特定环境的依赖性。