波浪作用下局部气垫双体船柔性气封变形分析

为了研究局部气垫双体船柔性气封在波浪中的变形特性,本文基于流固耦合方法,采用计算流体力学对局部气垫双体船的艏艉气封形式进行了相应处理。在此基础上,分别研究了航速为3.6和5.0 m/s时,波长为5和7 m时艏艉气封在波浪中的变形和受力特性。结果表明:基于流固耦合方法对柔性气封进行处理时,需要通过各个裙指的非粘连来解决大变形带来的网格畸变;在给定杨氏模量为10 MPa下,艏艉柔性气封的变形是微幅的且近似呈现线性规律,变形的均值范围最大不超过0.5 mm;艉气封所受到的压力值均大于艏气封处的压力值,但总的压力值不大于19.0 kPa,这种规律在高速3.6 m/s时更为明显,也与艏艉气封的变形特性相吻合。

规则波中局部气垫双体船气封阻力特性分析

为了研究局部气垫双体船艏艉柔性气封在波浪中的阻力特性,本文采用计算流体力学,基于流固耦合方法,对局部气垫双体船的艏艉气封进行柔性处理,研究不同波长下艏艉气封阻力以及船体阻力随波浪的变化情况,并与刚性气封形式的阻力计算结果进行对比。结果表明:局部气垫双体船在波浪中航行时,各阻力成分中船体阻力所占的比重最大,与气封的属性关联性不强,总阻力随不同波长的变化情况与船体阻力相一致;相比于刚性气封形式,柔性艏气封阻力所占总阻力的比值更低,基本在10%以下;在该计算案例中,无论是刚性气封还是柔性气封,艏气封阻力均低于艉气封。

基于SBD的局部气垫双体船快速性优化设计

局部气垫双体船是一种新型高性能船舶,其气垫高度、片体间距、气封泄流高度等因素对快速性具有重要的影响。文中基于SBD(simulation based design)技术,采用非支配解排序遗传算法分别对局部气垫双体船在越峰段与设计航速段的总阻力值进行双目标优化设计。结果表明:在优化目标所在的航速范围内获得了较好的效果,体现出该优化方法在局部气垫双体船阻力性能优化设计中的优越性。

刚性气封局部气垫双体船波浪运动数值分析

局部气垫双体船是一种以细长型双体船为基础并辅以部分气垫支撑的新型高性能船舶,其底部扁平宽大,气垫排水体积占到全船的30%左右。由于气垫的存在,该船在波浪中航行时会产生诸多非线性特性,这对船体的运动性能有着重要影响。三维势流理论由于可以考虑流场的三维效应,且在船舶水动力学领域得到了广泛应用,因此可以有效应用于船舶强非线性运动特性的研究,这也正好与气垫船的非线性力学研究相吻合。本文的研究是建立在垫升系统的刚性气封形式基础上,并计及气垫的非线性特性,因此,为了验证局部气垫双体船刚性气封形式下的数值计算方法,研究其在波浪中的运动特性,本文采用自由液面法,分别采用重叠网格和滑移网格来分析其在静水中的计算误差,进而基于最佳网格形式对其在规则波中的航行性能进行了数值模拟,并与试验值进行对比,研究了船体总阻力的计算精度和不同波长下的运动参数特性。结果表明:重叠网格相对于滑移网格有着更高的静水阻力计算精度,在v=5.0 m/s最高达到5.2%;数值计算中船体总阻力的幅值和均值都大于试验值,且在波长为7.0 m处误差最大;从对各个运动参数的研究看出,各运动参数的历时曲线和试验值相比没有明显的差异性,而幅值响应的计算值普遍小于试验值,但在λ/L为2.33时计算值明显大于试验值。

局部气垫双体船阻力与航态性能试验研究

为验证局部气垫双体船的航行性能,对其阻力特性和航态性能进行试验研究.基于船模试验测量了其在不同排水量和不同重心条件下的阻力值、升沉幅值以及纵倾角度,分析了阻力、航态等特性随进气流量的变化规律.结果表明:当气垫长度傅汝德数小于0.8时,船体阻力随气垫进气流量减小而降低,并且此时的越峰能力较强;当船速增加时,船体阻力随气垫进气流量增加而降低.重心位置适当后移能有效改善船体表面的阻力特性.船型特有的滑行壁面能使其越峰后快速达到滑行状态,保证越峰后的快速性和纵向稳定性.

局部气垫双体船在规则波中的运动研究

结合模型试验和数值计算两种方法研究了局部气垫双体船在迎浪规则波中的运动.首先,通过模型试验对气垫压力进行监测,记录了其随波浪的变化情况,并与其他参数进行对比,得到了不同运动随波浪的变化规律;然后,采用数值计算方法对其在波浪中的运动响应进行预报,记录了气垫舱室内的速度矢量和自由液面变化,并将计算结果和试验现象进行对比分析.结果表明:气垫压力随波浪的周期性变化规律与升沉、纵摇运动相反,与加速度相同;数值计算能够对各个运动的周期性振荡进行合理的预报,且各运动参数的幅值响应在高频区具有相当的精度,但数值计算对纵摇响应的预报误差较大,须要改善气囊形式提高精度.