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。     

三体船波浪增阻与纵向运动数值模拟及试验研究

为了研究三体船航速及不同波陡波浪参数对其波浪中增阻及运动响应的影响,本文首先对三体船在静水中的阻力进行了数值模拟;其次,通过数值模拟计算了三体船在迎浪规则波中总阻力及纵向运动响应,进而得到波浪增阻,并根据试验结果对数值计算结果进行了验证;最后,研究了三体船在短波和长波中波浪增阻和纵向运动响应随波陡变化的非线性特征.研究...     

六自由度三体船操纵运动自航模拟

针对高速三体船操纵性能的模拟问题,本文基于开源CFD求解器OpenFOAM,结合六自由度操纵运动模型,对三体船在静水中回转和Z形操纵运动进行了数值模拟。以实用三体船型为例,通过数值模拟结果与外场喷水推进自航模型试验结果对比,验证了理论方法的有效性。采用验证后的理论方法,数值模拟和预报了不同片体布局三体船在不同航速下的回转和Z形操舵运动,通过结果对比和分析,研究了侧体布局变化对三体船操纵运动特性的影响。从结果可以看出,本方法能准确预报喷水推进三体船的操纵运动,航速和片体布局对三体船操纵性能有显著影响。     

NURBS方法的深V型三体船稳性

为了掌握深V型三体船稳性特征,采用NURBS方法对其稳性进行了研究.利用NURBS技术建立了一深V型三体船模型并进行了相应的网格划分,给出了从传统二维型线图表示向三维立体表示的转化过程,并编制程序对其稳性进行计算和分析.研究表明,深V型三体船的稳性较同吨位圆舭型三体船的稳性更为优异,片体布局和片体吃水的不同对三体船稳性...     

双箱体间窄缝水体共振的形线约束插值法求解

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于约束插值剖面(CIP)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽。在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同。实验结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象。两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的。     

三体船兴波阻力计算的自由面网格快速生成

针对三体船Rank ine源计算方法的自由面网格快速生成问题,基于NURBS(非均匀有理B样条)曲线表达船体水线及自由面网格边界线,运用贴体坐标代数法生成自由面网格,开发了适用于三体船兴波阻力计算的自由面网格快速生成系统.该系统仅需输入必要的船体型值和几个控制参数即可快速生成三体船兴波阻力计算的自由面网格,并实现网格密度变化控制,避免了商用网格生成软件生成三体船自由面网格的繁琐过程,可用于带有方尾的三体船型自由面网格快速生成,提高了三体船兴波问题Rank ine源计算方法自由面网格划分效率.     

三体船构形与兴波阻力关系研究

三体船型的某些特点优于常规单体船型和双体船，使其成为高性能船的一种受到重视的船型。然而，为改进其水动力学性能和促进其实用化，尚有一些问题需要解决，例如有关三体船构型与阻力性能的关系。本文中用改进的理论方法计算三体船的兴波阻力。该分法基于Noblesse的新细长船理论，采用基元波波陡限制，并将某些被积函数用特殊函数展开。结合这种效率较高的算法，为探明三体船构型及其阻力间的关系以及优化构型和三体船侧体的主尺度，本文作者分别开发了用枚举法和遗传算法的三体船构型优化方法。按照优化结果，进行了三体船船模试验。试验与计算的比较表明所述方法是可靠的。文中某些结论与其他一些研究者的系统试验的结论相符。     

三体船典型节点Weibull分布形状参数估计

基于谱分析的直接计算理论,给出了Weibull分布形状参数的估计方法,并以某三体船为例,探讨了三体船的形状参数的特点。结果表明,海况对三体船形状参数有较大影响,连接桥中部湿甲板与主船体相交处形状参数值较大。所得结论对三体船的研发设计具有参考意义。     

单体与三体高速船舶粘性流场数值模拟

为了检验CFD在船舶粘性流场计算中的有效性,基于RANSE方法,对单体船型DTMB 5415和三体船FA1粘性流场进行了数值模拟.自由面处理采用VOF方法,湍流模型选用SSTk-ω模型,计算结果与试验数据进行了比较,在傅汝德数不是很高时吻合较好.计算结果表明,CFD可以用来研究复杂船型流动问题,对于阻力、伴流等重要的水动力参数,CFD能够给出与试验相一致的结果;同时VOF方法可以比较好地捕捉船舶自由面波形,对于三体船,计算结果能够清晰地反映出主体和侧体之间强烈的兴波干扰现象,可以为船型优化提供重要的参考.     

三体船压力跃变的喷水推进推力数值方法

为实现喷水推进船舶推力的快速预报,本文提出了一种通过求解兴波阻力、粘性阻力和进流面物理参数实现喷水推进推力快速迭代求解计算的数值方法。本文依据船舶受力的平衡方程,在喷水推进流道内采用压力跃变法,建立船舶喷水推进推力计算数学模型。采用边界元法对兴波势进行求解,通过对船体加长处理,解决兴波阻力计算中流道面元与自由液面面元互相穿透导致的影响系数矩阵异常等数值问题。运用湍流边界层理论计算控制体进流面的速度、压力和进流面边界层影响系数。以三体船船模为研究对象,将数值计算结果与粘流计算流体力学喷水推进自航结果进行对比分析,结果表明:该方法预报三体船喷水推进系统推力相对误差小于5%,能够快速有效预报三体船喷水推进推力性能及推力减额,具有较强的理论研究和工程实际应用价值。     

CFD技术在三体船阻力性能研究中的应用

三体船作为一种新型的高性能船型,由于其出色性能而受到越来越多的重视.同时,三体船型仍不是一种成熟的船型,对它的研究和应用还面临很多难题.文中在粘性理论的范畴内,将目前较流行的CFD技术应用于三体船的阻力性能研究中,在考虑自由水面效应的前提下,模拟了2种三体船构型在不同航速下的粘性流场,与三体船模型水池拖曳试验结果相比较,采用CFD技术模拟的结果是合理的.表明CFD技术可以在三体船型水动力性能研究中发挥重要作用.计算与试验结果在高Fr数段的较明显偏差表明对应用的方法或者算法本身有改进的必要.     

高速三体无人搜救船航向控制系统建模与仿真

高速三体船是近年来研究开发的新型船型,具有优良的耐波性和稳性,其超高速船体型线可大大减少高速航行时的兴波阻力.由于该船的操纵性极其复杂,其航向控制建模是目前尚未完全解决的一个关键问题.在分析了三体船动力学方程的基础上,根据二阶野本模型对三体船进行了数学建模,并给出了各水动力导数的计算方法.在Matlab/Simulink环境下建立了高速三体船航向控制系统动态仿真模型,设计了航向模糊PID控制器.针对无干扰和综合干扰条件下分别进行了仿真分析,并对控制策略进行了静、动态性能验证.仿真结果表明,控制系统具有响应速度快、精度高、抗干扰等特点,相比常规PID控制算法,模糊PID控制具有更好的控制效果.研究结果为高速三体无人船操纵控制系统的分析与设计提供了新的思路.     

应用CIP粘流模型求解两箱体间窄缝的水动力共振

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽.在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同.将所得到的结果同已发表的实验结果、数值结果进行了对比,结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象.两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的.     

应用CIP粘流模型求解两箱体间窄缝的水动力共振

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽.在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同.将所得到的结果同已发表的实验结果、数值结果进行了对比,结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象.两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的.     

应用CIP粘流模型求解两箱体间窄缝的水动力共振

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽.在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同.将所得到的结果同已发表的实验结果、数值结果进行了对比,结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象.两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的.     

三体船操纵性水动力的势流理论计算

为了研究三体船操纵特性,采用势流理论有升力三维面元计算方法,计算和分析了三体船斜航下的有关操纵运动水动力.在物体表面和尾涡面上布置均匀涡环网格,通过满足物面边界条件和库塔条件,计算物体对流场的扰动速度,进而确定物体受力并分析其规律,在对NACA0012机翼压强分布和单体船模水动力随漂角变化规律验证的基础上,将所提方法推广至三体船在斜航运动时受到的横向力和转首力矩计算.据计算结果,分析了三体船侧体位置对其斜航下操纵运动水动力和操纵运动特性的影响.研究表明,文中计算结果具有较高的准确性和合理性,所提势流理论三维面元计算方法为三体船操纵运动水动力预报和三体船操纵运动特性分析奠定了基础,具有较高的工程应用价值和很好的工程应用前景.     

高速三体船总振动计算方法研究

高速三体船是一种在商业和军事都具有广泛应用前景的特殊船型,结构振动性能是其研发的重要指标之一。相对于单体船此种船型的振动特点比较复杂,目前没有简化的计算公式对其振动性能做出可靠评价,因而研究高速三体船型的总体振动计算方法显得极其重要。首先采用有限元法建立三体船的三维有限元模型,采用不同于刘易斯法的源汇分布法计算附连水质量,然后对三体船总振动固有频率和振动响应进行计算分析,最后结合相应的振动标准,对其振动程度做出准确的评价,从而总结出一套计算三体船振动的可靠方法。     

三体船及其研究现状

介绍了三体船的结构和特点,并对三体船的研究进展进行了综述.从三体船与单体船以及双体船的比较、三体船的优点以及发展现状等方面较为全面地阐述了新型三体船在当今社会中的应用,并指出了三体船的应用前景以及发展方向.     

三体船阻力计算的改进方法研究

为了提高三体船的阻力计算精度,采用CFD技术分析了网格、湍流模型、对流项离散格式等3个因素对三体船阻力性能计算的影响,探讨了开展网格收敛研究、运用网格自适应技术、选取适用的湍流模型及对流项离散格式等措施来改进三体船阻力性能预报的可行性.研究表明,分别从网格、湍流模型及对流项离散格式等角度改进三体船阻力性能预报的难度极大,并且收效不明显.由于各种因素导致的模拟误差无法完全避免,基于各因素导致的误差及偏差在一定程度上能够相互抵消的想法提出一种改进三体船模型阻力性能预报的方法,计算结果及验证研究表明该方法能够改进三体船模型的阻力计算.     

三体船阻力的数值计算研究

采用商业CFD软件FLUENT模拟了三体船周围的粘性流场,并考虑流体粘性及自由表面影响,数值预报了一艘三体船试验船模的阻力.计算中进行了2种不同侧体布置情况下船体周围流场细节的详细模拟,得到了相应情况下的船体总阻力,确定了合理的侧体位置.在此基础上,改变了侧体与主体横向间距进行了3种布置方案的相应计算,并进行比较,选取了最佳的侧体间距.通过计算结果与实验值进行的对比,验证了计算的可靠性,计算达到了船型优化的目的.