棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解

滑行艇在高速滑行时因其艇重基本由水动升力支撑,用较常规的排水型船运动预报方法计算并不准确.针对这一问题提出了一种计及水动升力影响的预报方法,用于计算棱柱型滑行艇在静水中的滑行姿态和波浪中的运动响应.在半经验公式的基础上,讨论了水动升力对各水动力系数的影响,并建立了棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解模型.将计算值和试验值进行了比较,结果吻合较好.     

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50 kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。     

全方向推进器横向运动的水动力性能研究

基于常规螺旋桨升力面理论和势流理论、格林定理建立了全方向推进器横向运动的非定常水动力性能计算的数学模型,然后利用有限基本解法和非定常涡格法分别对全方向推进器横几运动水动力性能进行了数值预报。计算结果和日本水池模型试验结果、升力线方法计算结果对比表明,本文提供的理论预报方法的计算值和试验值吻合良好。     

三体船波浪设计载荷的三维时域水弹性理论研究

针对三体船波浪设计载荷问题,本文提出了三维时域非线性水弹性理论和非线性设计波法的计算三体船纵向波浪载荷方法,该法考虑了船体弹性效应和砰击载荷等非线性因素的影响。在巡航和极限工况下,将水弹性计算值与三维频域长期预报值、劳氏三体船规范计算结果进行了比较分析,发现在巡航工况下的水弹性计算值与规范值比较接近,可给出三体船的波浪载荷特征值,极限工况的计算值远大于规范值,本文建议在三体船结构强度校核时,应该增加极限工况。本文方法可为三体船相关规范修订和结构设计优化提供参考。     

气泡高速艇波浪中阻力及运动性能数值研究

为探索气泡高速艇在波浪中的减阻效果及运动性能,基于RANS方法,应用Overset网格技术、数值造波、HRIC-VOF方法及6-DOF运动模型构建气泡高速艇静水及波浪中的数值水池,阻力计算与试验值的偏差小于4.59%,纵向运动计算值与试验值偏差小于6.4%。进而分析了气层对B.H.型高速艇波浪中阻力、纵向运动的影响规律,研究了艇体运动对气层面积与形态的影响规律,获得了波浪中气层-艇体相互作用的力学过程;气层对垂荡的影响甚微,对纵摇有改善效果;顶浪条件下纵向运动对气层面积的影响不大,波浪中的减阻率仍可达27.24%~30.62%。     

高速双体船的水动力特征研究

发展了基于二维半理论的预报排水型双体船在波浪上的水动力特征及运动性能的数值方法。在定解条件中，自由面条件是三维的，而控制方程和物面条件则是二维的，所以称为二维半理论。采用时域自由面Green函数将定解问题转化为物面上的积分方程，进而求解水动力系数和船舶运动方程。已经对NPL4b双体船型的运动性能作了理论预报，预报结果与试验结果相当接近。对NPL5b双体船型的计算再次表明二维半理论预报结果与试验结果在中流航速吻合很好。通过改变片体间距，考察了双体船的水动力系数及波浪力特征，表明考虑片体间水动力干扰现象对双体船运动预报是必要的。     

海上浮式风机平台弱非线性耦合动力响应分析

为了准确有效地预报海上浮式风力机载荷与运动响应,本文针对系泊平台系统提出一种弱非线性间接时域方法。风力机平台遭遇的入射波作用力和静水恢复力直接在瞬时湿表面上积分计算获得;散射力采用线性势流理论处理;平台系泊力由悬链线方程计算得到。以OC3-Hywind spar风力机平台为对象进行了计算与分析,与线性方法相比,弱非线性方法得到的幅值响应算子(response amplitude operator,RAO)更大,且能够反映波浪力和恢复力与平台响应的相互影响。由于考虑了瞬时湿表面的影响,弱非线性方法计算结果更为合理,可以更好地反映大波高海况的波浪力特征,因而更加适合高海况下的平台运动性能分析。     

递推批量MGM(1,N)模型在滑行艇运动姿态预报中的应用

为了设计出有效的滑行艇的自动控制系统,需要建立预测模型对其运动姿态进行实时的、精确的预报.分析利用MGM(1,N)模型对滑行艇运动姿态进行预报的适用性.同时,针对滑行艇运动姿态数据的特点和预报的实时性要求,提出了新采集了一批数据之后,计算模型的参数矩阵的递推公式.利用该公式可以在提高预测精度、延长预测时间的同时,不会显著的增加计算量.数值仿真试验的结果表明,将批量递推MGM(1,N)模型应用于滑行运动姿态预报是可行的,并且具有非常高的预测精度.     

带片体的滑行艇高速航行纵稳性研究

为研究片体布置对滑行艇高速航行纵稳性的影响,本文对单体艇进行了静水拖曳试验,采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型,利用重叠网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算值与试验值对比验证了该方法的有效性;利用全因子设计空间采样法和数值手段,对带片体的三体艇高速航行发生海豚运动时的运动响应和水动力特性进行计算,分析了片...     

加装尾压浪板单体复合船型运动预报研究

为改善单体复合船型静水阻力性能,在传统单体复合船型基础上在尾部加装尾压浪板,可以改善其静水阻力性能,同时其耐波性能也得到提升.对加装尾压浪板的单体复合船型开展纵向运动预报研究,先后采用切片法进行理论预报,分别用二维RANS方法和三维RANS方法计算船体剖面及尾压浪板水动力系数,RANS方法计算组合附体和尾压浪板的升力系...     

全方向推进器定常水动力性能的升力面预报方法

研究了全方向推进器定常水动力性能的升力面预报方法，基于螺旋浆升力面理论建立了全方向推进器的定常水动力性能计算的数学模型，利用有限基本解法对全方向推进器的定常水动力性能进行了数值预报。计算结果同日本水池模型试验结果，升力线方法计算结果对比表明，计算值与试验值吻合良好。     

基于神经网络的襟翼舵升力系数预报

将BP神经网络应用于襟翼舵升力系数预报,分析了BP神经网络的非线性逼近能力.针对BP神经网络在训练中存在的学习速度慢、易于陷入局部最小等缺点,采用变学习率的BP算法加以改进.对襟翼舵升力系数进行预报,结果表明预报值的精度明显高于由近似公式计算所得的值,采用BP神经网络对襟翼舵水动力性能进行预报是可行的,能够满足工程应用的要求.     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

同时计算多个频率水动力系数值的方法

采用CFD方法计算水动力系数,可以得到形状复杂浮体的水动力系数函数,但效率不高.为了提高CFD方法的计算效率,节省计算时间,提出了一个同时计算多个频率水动力系数值的方法.采用Fluent软件建立数值波浪水池,在水池中央设置一刚性浮体,通过在浮体上施加多个频率的谐波组合位移,辐射兴波引起的浮体上的水压力也具有与位移相同的频率成分.采用Fourier正弦和余弦变换将各频率成分的兴波压力分解开,从而可通过一次CFD计算,得到多个频率下的水动力系数值.最后,对一个共振式波能装置的浮体进行了水动力系数计算,算例结果表明该方法有较高的精度,可以满足工程需求.     

深水起重铺管船起重工况运动响应与附加动力载荷研究

为研究深水海洋工程船起重工况下的吊索附加动力载荷,选取我国第一艘深水起重铺管船"海洋石油201"作为研究对象,运用三维势流理论以及基于三维面元法的水动力程序分析了船舶的运动响应传递函数,进行了起重工况下运动响应短期预报,推导了吊头运动下的吊物运动方程,计算了载荷传递函数,并利用短期预报公式计算了吊索附加动力载荷短期预报值分析.该研究为起重铺管船的设计提供了参考,并提供了一种适合深水起重船附加动力载荷计算的可行方法.     

不同横摇幅值下浮式立轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境中浮式立轴水轮机的水动力特性及能量转换效率,本文将浮式垂直轴叶轮在浪流中的运动模拟成均匀流中给定频率的受迫摇荡运动。通过ANSYS-CFX软件的二次开发,建立均匀流场中受迫运动水动力模型,进而计算垂直轴叶轮单自由度横摇运动时的不同横摇幅值下的叶轮推力、侧向力的水动力性能变化。将叶轮的推力系数和侧向力系数的时历曲线用最小二乘法进行拟合,分析得到了水轮机阻尼系数和附加质量系数。数值计算结果表明:横摇运动使得叶轮瞬时载荷产生波动,波动值明显增大;推力中阻尼力比惯性力占比大,侧向力受两者的影响相当。本文的研究对浪流联合作用下浮式潮流能装置水动力特性研究有重要意义。     

水下航行器水动力系数计算方法研究

为了高效的求取水下航行器的水动力系数,文中提出了一种空间拘束运动模拟方法。与传统方法的反复计算不同,该方法仅需一次算例就可求得方程中的全部水动力系数,在保证计算精度的同时极大的缩短了计算周期。为了验证新方法的准确性,文中进一步完成了某航行器的平面机构运动试验以及该试验的数值模拟分析。两种CFD模拟方法计算得到的水动力系数值相当接近。说明在设计初期,用空间拘束运动模拟方法代替现有的常规平面拘束运动数值模拟,快速求得设计艇型的水动力系数是可行的。此外,新方法的计算结果与水池试验数据的误差较小,进一步表明该方法的可行性。     

水下航行器水动力系数计算方法研究

为了高效的求取水下航行器的水动力系数,文中提出了一种空间拘束运动模拟方法。与传统方法的反复计算不同,该方法仅需一次算例就可求得方程中的全部水动力系数,在保证计算精度的同时极大的缩短了计算周期。为了验证新方法的准确性,文中进一步完成了某航行器的平面机构运动试验以及该试验的数值模拟分析。两种CFD模拟方法计算得到的水动力系数值相当接近。说明在设计初期,用空间拘束运动模拟方法代替现有的常规平面拘束运动数值模拟,快速求得设计艇型的水动力系数是可行的。此外,新方法的计算结果与水池试验数据的误差较小,进一步表明该方法的可行性。     

水下航行器水动力系数计算方法研究

为了高效的求取水下航行器的水动力系数,文中提出了一种空间拘束运动模拟方法。与传统方法的反复计算不同,该方法仅需一次算例就可求得方程中的全部水动力系数,在保证计算精度的同时极大的缩短了计算周期。为了验证新方法的准确性,文中进一步完成了某航行器的平面机构运动试验以及该试验的数值模拟分析。两种CFD模拟方法计算得到的水动力系数值相当接近。说明在设计初期,用空间拘束运动模拟方法代替现有的常规平面拘束运动数值模拟,快速求得设计艇型的水动力系数是可行的。此外,新方法的计算结果与水池试验数据的误差较小,进一步表明该方法的可行性。     

船舶在波浪中脉动压力预报的三维方法

船体表面的脉动压力预报对于船体结构有限元分析和可靠性分析是十分重要的。预报船舶运动响应、水动压力和剖面载荷的传统做法是采用切片理论，该理论对常规细长船舶的运动响应和剖面波浪载荷能给出较好的预报结果，但对船体表面脉动压力的预报，却因没有充分考虑三维效应而与船模试验结果出入较大。本文通过引入“高频低速”假定，基于三维线性势流理论，用三维源汇分布法在频域内求解非定常流场，进而计算船舶在规则波中运动、波浪载荷和脉动压力响应。对集装箱船FLOKSTRA的计算结果表明：与切片法相比，本方法计算的脉动压力响应与船模试验结果符合较好。