船模Z形操纵运动数值模拟与分析

为了研究船舶操纵运动过程中螺旋桨与舵的水动力变化规律,基于URANS方程,联合采用体积力法、重叠网格技术、6-DOF运动模型、VOF模型,计及船体航行姿态的影响,开展了双桨双舵双尾鳍水面船舶的Z形运动数值模拟,通过计算所得横倾、纵倾、超越角、初转期等与试验结果的对比,验证了数值方法的可靠性.在此基础上,分析并获得了双桨船在Z形操纵运动过程中螺旋桨推力与转矩及舵力与转矩的时历变化规律.

无人复合三体船模Z形操纵运动初步研究

复合三体船的特征是在常规三体船的主船体和两侧船体上分别增设不同展弦比的水翼。以可编程自动控制器为核心,设计完成了复合三体船模的无人化智能控制系统;运用vb.net语言编写了基于MMG操纵数学模型的复合三体船模操纵性仿真平台;同时,设计了六种不同展弦比的舵叶,并相应开展了不同航速和不同舵角下的一系列船模Z形操纵试验。通过对比试验数据与仿真结果,验证了仿真平台的可靠性。此外,运用系统辨识方法进一步分析讨论了舵叶展弦比对复合三体船模操纵性能的影响以及不同航速和舵角下复合三体船模的操纵性能。

潜艇六自由度空间操纵运动直接数值预报

在潜艇设计初步阶段,高效可靠地评估其操纵性能具有重要意义。本文以DRDC-STR潜艇模型为研究对象,基于RANS方程及整体动网格技术,构建了潜艇六自由度空间操纵运动CFD直接预报方法,该方法中螺旋桨及舵水动力通过Star CCM+中的自编程序接口,以数值计算时间步长为更新间隔,实时作用于艇体上,极大地提高了计算效率。为验证文中方法的可行性,以加拿大国防发展与研究中心提供的潜艇操纵数值仿真模型作为参照,分别应用两种方法开展了空间螺旋及垂直面Z形的计算,仿真模型中的大部分水动力系数来源于该机构数十年的风洞与水池试验。对比结果表明,基于两种方法获得的潜艇运动时历曲线吻合较好,验证了文中方法的可行性。此外,通过CFD数值方法还可获得潜艇运动过程中的粘性流场细节信息,可为潜艇设计提供有力的支撑。

波浪中船舶操纵性预报

本文通过四自由度操纵运动数学模型 ,对某工程船在静水中和波浪中的Z形运动和回转运动进行预报 ,并由自航模操纵性试验验证。文中还分析了波高 Hw,波长船长比λ/L,船速U和操舵角δ诸因素对该船在波浪中的操纵性的影响。从结果显示可知计算和试验结果是比较吻合的 ,所提供的计算方法适用于船舶静水中和波浪中的操纵性能预报。

风载荷作用下的操纵性研究

为研究某水面舰船在一定风载荷作用下的操纵性特点,基于Matlab软件平台和模型试验,构建了静水和考虑风载荷作用下的三自由度MMG操纵性方程,对静水和风载荷作用下的操纵性进行数值预报。通过静水中数值预报结果与试验值的比较,发现仿真值与试验值吻合度较好,从而验证了该方法的可行性。将风载荷作用下的结果与静水中的数值预报结果进行对比分析,结果表明,无因次回转直径、无因次战术直径、速降、无因次横距等回转运动参数都要小于静水中预报值,回转角速度基本与静水预报值一致,无因次纵距要大于静水中的理论预报值;初转周期、超越时间、第一超越角以及第二超越角等Z形运动参数值都要大于静水中预报值,由此可知风载荷对该水面舰船的操纵性相较于静水具有明显的影响,同时该数值预报方法可为工程应用提供借鉴。

航向对非对称ROV水平面操纵性的影响

为了研究开架式遥控水下机器人(ROV)非对称性对水平面操纵性的影响,文章基于非对称性和速度耦合项水动力的ROV操纵性方程,建立了水平面运动仿真模型,进行了ROV定常回转运动、Z形操纵运动和螺线运动仿真,分析了ROV正向和倒退航行时操纵运动的各种典型特征参数及运动规律。仿真结果表明:开架式ROV航向对其运动具有较大影响,ROV倒退航行的回转性和跟从性较好,但倒退航行时不具有直航稳定性;ROV水平面的连续转艏将对其跟从性产生影响,尤其在倒退航行时,连续的转艏会使跟从性变差。