基于粒子系统的舰船航迹仿真

提出一种基于开尔文波理论和粒子系统技术的船行波模拟方法,采用开尔文波理论构建二维船行波模型,使用粒子系统技术对船行波的三维模型进行动态建模,从实际观察出发,根据艏浪、艉浪的形状特征、作用范围和浪花的随机运动特性,给出艏浪、艉浪的粒子系统建模方法。实验证明该方法能快速逼真地模拟舰船航行时的航迹。

CSSRC在船舶粘流场计算流体力学领域中的研究与进展

本文在回顾近十年来国内外船舶CFD领域研究进展的基础上，集中介绍了CSSRC“八·五”期间取得的最新研究成果。内容涵盖了水面船舶尾流场、带附体潜艇整艇流场、船舶尾流场与推进器相互干扰、船体与附体连接部位流场精细结构、鱼雷泵喷射推进器的CFD模拟、螺旋桨粘流场等目前船舶CFD领域最为热点的研究方向。最后作者对“九·五”期间船舶CFD的发展进行了展望。

以伴流均匀度为目标的艉部线型优化

以某3 100箱集装箱船(3 100 TEU)为研究对象,进行了以提高伴流均匀度为目标的船艉优化方法研究.采用软件Friendship中的Framework模块对原型后体进行修改,采用FLUENT前处理GAMBIT软件生成网格.在统一网格形式下,基于FLUENT软件平台对三型船体绕流进行了数值模拟和静水力参数、阻力及伴流分析,并采用船形特征值x-i对船形进行了U、V度分析.结果表明:max(x-i)对应的站号越大(从船艉至船艏依次编号),伴流均匀度越好;靠近艉部的x-i值偏低有利于提高伴流均匀度.将艉部横剖面形状朝极端U形方向改的阻力仅增大0.61%,则伴流峰、伴流梯度、伴流不均匀性征即有明显改善.

一种外旋蜗尾船型的势伴流场数值模拟与分析

采用涡环栅格法并结合Hess-Smith方法,建立了一种计算任意三维物体统流的源汇-偶极子复合奇点法,提出了蜗尾船型势流场的计算模型.对长江优秀船型东方红11号(DO11)及其外旋蜗尾改型进行了计算,结果表明:DO11外蜗改型船桨盘面处的周向和径向合成伴流计算结果与流场测量结果定性一致.

标称伴流尺度效应的数值模拟

本文针对标称伴流场进行研究,计算航母M8503的尾流场,在桨盘面内对三维速度进行插值,更加直观地绘出桨盘面的标称伴流分布,并计算出周向平均伴流的径向分布,又在整个桨盘面上对伴流积分,得出平均伴流分数,并且对不同的积分方法所得的计算结果作比较。同时又针对不同量级的雷诺数作了计算,并分析雷诺数对标称伴流带来的影响。

基于SDM方法的船艉伴流场尺度效应研究与修正

以KCS为研究对象,利用CFD计算软件STAR-CCM+,计算不同尺度下KCS船伴流场的分布情况,分析尺度效应对船舶伴流场的影响。为修正由尺度效应引起的模型尺度与实尺度船模船艉标称伴流场的误差,借鉴智能假体模型(SDM)的概念,并通过软件Friendship中的Framework模块对原模型的艉部进行修改,讨论不同收缩程度的艉部变形对修正伴流场尺度效应的作用。结果表明:SDM方法对修正伴流场尺度效应的作用效果明显,且通过模型尺寸的收缩变形基本可以达到目标伴流场的伴流分布形式。

共翼型舵水动力特性的模型试验与数值模拟

国际上新型潜艇的尾操纵面设计,采用了将前部稳定翼和后部转动舵组合成完整翼型剖面的共翼型布局方式。为了研究这种共翼型舵与常规舵在水动力性能上的差异,运用模型试验和数值计算模拟方法,对共翼型舵和常规非共翼型舵的水动力和流场进行了对比研究与分析。结果表明:共翼型舵在小舵角工况时能够保持舵翼结合部流线的光顺,舵角5°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力增加了65.3%;但在大舵角工况,共翼型舵叶背容易发生流动分离形成分离涡,导致升力性能变差,舵角25°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力减小了9.2%。在小舵角时,共翼型舵尾流区的流场湍动能较低,流动稳定性更好。

基于SPIV的压浪板对DTMB5415船模尾流场影响的试验研究

以DTMB5415船模为研究对象,基于体视粒子图像测速技术(Stereoscopic Particle Image Velocimetry,SPIV)对压浪板安装前后的船模伴流场及尾流场中多个截面进行测量。PIV测量对船体边界层内流动进行了很好的捕捉,与国际上公开的相关流场信息具有较高的吻合度,补充了DTMB5415基准船模的流场数据库。压浪板的安装会降低桨盘面速度,且压浪板的影响会随着船舶航速的增大而增大,在Fr数为0.28和0.41时,桨盘面平均速度分别降低了0.77%和1.45%。此外,压浪板对流场测点的影响随着距离的减小而增大,在X/LPP为0.95、0.97和0.99这三个截面上的平均无量纲轴向速度分别降低了0.009、0.0273和0.0459。

“润江1”科考船的尾涡抑制研究

通过对"润江1"科考船航行观测资料以及设计布置方案的分析,将过强尾流成因聚焦在船尾涡漩影响,并据此提出了尾涡抑制的相关方案。特殊的舵桨性能试验以及实船海试表明,尾涡抑制可以明显改善实船阻力性能,大幅提高舵桨推进效率和航行速度。

10000kW多功能守护船振动分析与改造

对10000kW多功能守护船试航过程中产生剧烈振动的原因进行了分析,主要是船体尾部型线欠佳,造成螺旋桨前方来流不足,致使螺旋桨在不均匀伴流场和斜流场中运转时产生激振力,引起船体剧烈振动。通过修改船尾型线和增加尾鳍等措施,增大螺旋桨前方和上方来流空间,改善螺旋桨前方的不均匀伴流场,减小螺旋桨的激振力。同时,修改了附体尺寸,以减小附体对船尾伴流场的影响。通过以上改造,消除了船尾部的剧烈振动,取得了满意的效果。

一体船主推及侧推尾流对基槽和边坡影响分析

船舶尾流是导致基槽边坡及碎石基床破坏的重要原因之一,基于中交一航局自主研发的自航式水下隧道沉管运载安装一体船(以下简称“一体船”),采用三维有限元数值计算方法,针对一体船在倒车航行过程中产生的主推及侧推尾流对基槽和边坡的影响开展数值模拟试验。流场流速和压力分布结果表明,一体船艏、艉侧推和主推的尾流对碎石基床的影响较弱,而对管节安装区的边坡则能够产生一定扰动。此外,主推与艉部侧推尾流之间的相互作用产生了复杂的涡系结构,也对边坡的压力分布产生了一定影响。滚石分析结果表明,一体船尾流不足以使基槽内碎石发生滚动,且基槽深度较浅时,流场中达到滚石临界速度的区域离基槽更近。

附体及尾操纵面对潜艇尾流场影响研究综述

查阅国内外有关潜艇尾流场研究文献,总结了研究潜艇尾流场常用的3种数值方法并分析其优缺点;总结了附体的连接形式以及布局位置对潜艇尾流场的影响。介绍了为探究尾操纵面布局形式对潜艇尾流场的影响而分别对安装“十”字形舵和“X”形舵的SUBOFF进行数值模拟的情况,分析桨盘面处的速度分布,阐明“X”舵尾操纵面的尾流场更为均匀。最后总结了尾流场未来研究的几个着眼点。

浅吃水肥大型船的尾部线型研究

从分析船舶尾部伴流场对船舶阻力推进、操纵及船体振动性能等影响的观点，研究尾部三维伴流场。介绍尾型与伴流场之间关系及非对称双尾鳍船型的形成。非对称双尾鳍船型与优选的常规双尾鳍船型模型的阻力、自航及伴流场等比较试验结果表明，非对称双尾鳍船型具有两大优点。首先，该船型能在桨前方产生一个与外旋桨旋向相反的预旋流，在保持了优良阻力性能前提下可提高外旋桨推进效率８％，获得阻力、推进、操纵各性能间的最佳配合。第二，轴向伴流分布比较均匀，满足ＢＳＲＡ５项衡准指标，改善了螺旋桨工作的流场条件，减少了螺旋桨产生空泡及其诱导船体激振的危险，使节能与减振得到统一。最后还介绍了该船型首制船“宁安１号”的实船测试结果及其由船模试验预报实船性能的一致性。

肥大型船满、压载状态下尾部伴流场的分析与探讨

对４ 艘肥大型船舶在满、压载状态下尾部伴流场测试结果进行分析、比较，探讨肥大型船在不同状态下尾部伴流场的特征及其对尾部振动的影响，介绍对这４ 艘船尾部加装节能装置前置导管后在满、压载时伴流场的测试与分析结果，着重提出前置导管对满。

肥大型U尾船舶标称伴流特性SPIV试验研究

应用适用于大型拖曳水池的拖曳水下立体粒子图像测速（SPIV）测量系统,对某肥大型U尾船舶进行了螺旋桨盘面处标称伴流特性试验.基于立体粒子图像测速技术,获得了桨盘面处标称伴流速度场、湍动能和雷诺应力等湍流特征,以及涡量、漩涡结构等漩涡特征.测量结果展现了＂钩状＂伴流场速度分布、舭涡、毂帽涡分布,与尾部相似的U型特征湍动能、雷诺应力等湍流特征分布,以及舭涡、毂帽涡涡量值与涡结构分布,船舶伴流场特性与KVLCC/KVLCC2等U型尾肥大型船舶尾流场特性符合.最后,应用计算流体动力学（CFD）方法对双涡结构生成、传递等演化过程进行了辅助分析,印证了螺旋桨盘面处舭涡、毂帽涡双涡特征的来源;结合CFD涡流演变特征与试验测量结果总结了伴流流动特征,SPIV测量结果清晰展示了肥大型U尾船舶的标称伴流特征.

基于自适应直角网格的高速方尾船气泡尾流模拟

航行水面舰船的尾流中含有大量气泡。气泡尾流具有演化时间长、扩散范围广等特征,对舰船的噪声、隐身性能等产生影响。这项研究通过自主开发的两相流求解器,采用大涡模拟方法对方尾船后的近场尾流进行数值模拟。使用自适应直角网格方法进行动态网格加密,通过几何VOF方法捕捉自由面和尾流中较大的气泡,利用高阶浸入边界方法模拟方尾船体表面。通过对方尾船不同吃水深度下气泡尾流的模拟,获得其形态特征。对尾流模拟数据进行时间平均和空间平均,得到尾流两相混合区域的速度分布。使用自主开发的气泡识别程序,获得尾流中气泡尺寸的分布和空间分布规律。