基于CFD的两栖车辆阻力计算与预报研究

为了评价两栖车辆的水上性能,基于流体力学及船舶力学的相关知识,采用求解Navier-Stokes方程的数值计算方法,结合k-ε模型,对某两栖车辆在不同航行速度条件下进行了黏性流场数值模拟,获得了摩擦阻力、剩余阻力和实车阻力系数,从而算出其总阻力,并将计算结果同试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性。     

两栖车辆航行粘性阻力数值分析

采用数值模拟方法,针对某两栖车辆不加防浪板和加装3种不同防浪板4种情形,就车体粘性阻力问题进行了分析.模拟计算所得结论与实验结果吻合较好,证明所进行的模拟计算方法是基本正确的,从而为新型两栖车辆的车体设计提供了新的手段,对两栖车辆加装前防浪板提出了优化设计方案.     

防浪板对两栖车辆航行姿态影响的数值模拟

利用Solidworks软件对两栖车辆进行三维建模,并进行了简化处理。对绕流场进行了划分,通过调整三个区域的相互位置,采用滑移网格方法实现了车体航行姿态的变化。在Fluent软件平台下,通过UDF程序监测浮力和重力、绕重心转矩为零的平衡关系,模拟出了在有无防浪板的情况下,总阻力、吃水深和纵倾角随速度的变化规律。从模拟结果看,速度较高时,间歇式防浪板有效的减少了总阻力、吃水深和纵倾角,提高了两栖车辆水上行驶的稳定性。     

高速两栖车辆水上航行阻力特性数值分析

采用数值计算方法研究了高速两栖车辆水上航行的阻力特性,得到了其粘性绕流场分布.数值计算结果和实验取得了较好的一致.结果表明,所采用车型适用于高航速状态,随着Fr数的增加,车体从排水型逐渐过渡到滑水型,阻力呈现先增大后减小的趋势.在Fr=1.65时,出现阻力峰值.在高速段,随着航行速度的增加,车体阻力降低,速度逐渐减小.     

两栖车辆浮态计算方法研究

针对目前两栖车辆设计中浮态计算不准确的问题,结合传统的计算方法,建立了车辆不同的浮态模型,经过研究推导出浮态的计算公式.经过实际车辆浮态计算与试验验证,该方法有利于提高两栖车辆设计时浮态计算的准确度,为总体设计两栖车辆的浮态控制提供依据.     

一种船舶操纵水动力导数的计算方法

以船舶操纵性预报为研究背景,针对某一民用打捞船型,基于CFD方法,借助STAR－CCM＋平台,运用RANS方程及VOF算法,对船模进行数值模拟PMM试验,考虑航行中自由液面兴波和船模姿态变化,设计了船模按纯横荡运动及某固定频率下艏摇运动的船舶操纵水动力导数求解方法,并以采用回归方程求得的结果作为依据与数值计算结果相印证,表明所求水动力导数的有效性以及求解方法的可行性。     

两栖车辆喷水推进系统主参数的确定方法

提出了一种新的确定喷水推进系统主参数的方法。根据两栖车辆设计点的车速、喷水推进系统输入功率、进口损失系数、喷口损失系数以及水流提升高度,求出喷水推进系统在设计点的最佳喷速比、最大系统效率、最佳扬程、最佳流量。     

两栖车辆的有效干舷问题研究

干舷是衡量两栖车辆的水上浮性的一个重要指标,它对于两栖车辆的设计及使用有重要意义.本文研究了两栖车辆的有效干舷问题,提出了一种理论求解方法.根据流体力学的基本原理,利用连续性方程、贝努利方程、浮力与重力之间的关系,建立了车辆吃水量和航速的函数关系.由此得到了由于航速变化引起的干舷变化量,并结合由于兴波影响而产生的干舷变化,求得总的干舷变化量.通过对某型两栖车辆有效干舷的理论计算和模型试验结果的比较,验证了理论计算的有效性,为两栖车辆的设计和使用提供依据.     

两栖车辆任意倾斜状态下浮心计算研究

为解决两栖车辆任意倾斜状态下浮心计算的难题,基于SolidWorks对两栖车辆进行三维建模,建立了惯性和非惯性2个坐标系描述浮心和倾斜状态;研究了横倾角、纵倾角与坐标变换的关系;在此基础上结合SolidWorks的API函数,采用向量运算确定了求解浮心位置的二分法及其迭代区间和车辆的入水部分。对SolidWorks进行二次开发,形成了任意倾斜状态下浮心求解程序,进一步将本程序运用于浮态计算。与传统方法相比,其计算速度快、结果精确,且不必对车辆外形进行简化。这为浮态设计和稳性分析提供了有效的手段。     

尾翼板对轮式两栖车辆航行阻力特性影响的研究

针对某轮式两栖车辆,采用k-ω湍流模型和Level Set多相流处理方法对两栖车体绕流场进行数值模拟.通过与试验结果的对比,验证了数值方法的可行性,并对比了基础车型与加装尾翼板和防浪板的车型在不同工况下的航行阻力特性.研究结果表明：对于轮式两栖车辆,尾翼板减阻与Fr密切相关.当Fr＜2.087时,加装尾翼板能够起到较好的减阻效果;当Fr＞2.087时,加装尾翼板反而起到增阻作用,此时需收起尾翼板.     

水下航行体流体阻尼力系数的CFD计算研究

水下航行体流体阻尼力关系到弹道的稳定性和操纵性,当航行体以较大角速度机动时阻尼力更是不可忽略,因此准确预示航行体流体阻尼力具有重要意义.以计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)方法为基础,结合动网格和动坐标系技术,进行基于雷诺平均 N-S 方程的阻尼力计算方法研究,发展针对水下航行体附加力系数和俯仰阻尼力矩系数的数值计算方法,通过与试验数据对比表明,该方法具有较好精度,在此基础上分析了空化现象对流体阻尼力系数的影响.     

防浪板对两栖车航行特性影响的研究

基于实验结果,文中采用数值模拟方法研究了防浪板对两栖车航行阻力特性的影响.结合k-ω湍流模型与多相流模型,对不加装防浪板、加装防浪板以及加装新型防浪板的两栖车的水上航行性能进行了数值模拟分析.研究结果表明,均相流模型与k-ω湍流模型相结合,能够很好地模拟两栖车水上航行阻力特性;防浪板能够有效地降低两栖车所受阻力,合理的防浪板结构最大减阻效率可达40%;并且,防浪板能够有效提高两栖车航行时的稳定性.     

一种基于切片法的分层海流下运载器附加扰动力计算方法

由于海流的复杂性,在水下无动力运载器的弹道计算中,仅以恒定海流速度求解其附加扰动力的常规方法存在较大误差,影响了运载器的出水姿态。本文在用计算流体力学（CFD）方法求得其流体动力无因次系数的基础上。采用切片法计算得到运载器的附加扰动力。并对两种方法在均匀海流和分层海流两种情况下附加扰动力的计算结果进行了比较,结果表明,均匀海流下两种方法的计算结果一致,而在分层海流下,若选择合适的切片数,使用切片法的计算结果比常规方法要精确。     

基于动网格的两栖车航行姿态数值模拟

针对两栖车水上航行姿态,构建描述两栖车水上运动的动力学模型,采用混合耦合算法和动网格技术研究静水直航状态下,两栖车航行姿态的变化规律,模拟结果与实验值吻合较好。研究结果表明：车体达到稳定航行姿态会经历大幅振荡调整阶段和平稳运动阶段,车体平衡后,升沉和纵倾仍会有小幅变化;两栖车由排水航行状态逐步增速到滑行状态的过程中,车体重心逐渐升高,动升力在支撑车重成分中所占的比例越来越大,静浮力则越来越小。     

基于计算流体动力学方法的鱼雷涡轮机功率计算

以往涡轮机功率计算都采用1D解析法及经验公式,无法考虑通流部分中各种损失,而且不便于对涡轮机作进一步性能参数优化。本文基于计算流体动力学（CFD）方法,对鱼雷燃气涡轮机通流部分的3D流场进行数值模拟计算,并对模拟计算结果进行分析及后处理,得到涡轮机叶轮叶片力矩值,推算出涡轮轴输出功率,为分析涡轮机内部各种损失,优化涡轮机性能参数提供了重要依据。     

UUV水下对接过程中非定常流体动力数值仿真

UUV水下对接回收过程中,回收装置和UUV之间存在非定常流体干扰现象。采用有限体积法和非结构动网格技术,运用SIMPLEC算法及k-ε湍流模型,在笛卡尔坐标系下对UUV水下对接过程进行数值模拟,并得到不同速度和攻角下,UUV流体动力随距离的变化规律及相应流场分布。通过UUV与远场实验值进行对比分析,验证了基于动网格技术的有限体积法在处理UUV水下对接过程中流体干扰问题的可行性。