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基于Verification&Validation的断阶双m船减阻机理分析

船海工程 2023年第1期52卷 50-55页

作者：余泽爽毛筱菲沈小红中国船级社武汉分社武汉430022 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 中国舰船研究设计中心武汉430064

为研究断阶对双m船阻力性能的影响,对一标准数值方程的双m船进行改造,分别在距船艉0.5L和0.25L处设置断阶,得到4型双m船;通过改变船体表面网格尺寸,得到4种不同密度的网格方案,采用ITTC数值计算的V&V(Verification&Validation)方法,结... 详细信息

为研究断阶对双m船阻力性能的影响,对一标准数值方程的双m船进行改造,分别在距船艉0.5L和0.25L处设置断阶,得到4型双m船;通过改变船体表面网格尺寸,得到4种不同密度的网格方案,采用ITTC数值计算的V&V(Verification&Validation)方法,结合试验数据,进行网格收敛性分析,得到最佳网格方案。采用该网格方案,分别对这4型船从体积弗劳德数0.526到5.260的静水直航2自由度运动进行数值模拟。结果显示,在超滑行阶段的阻力与纵倾角有:无断阶>单断阶>双断阶。断阶的减阻机理在于断阶结构改善了艇底压力分布,提高滑行效率,以及使槽道中的水气混合物更易于吸入断阶,在滑行面上形成气膜,从而达到减阻目的。

关键词： V&V方法断阶双m船不确定度分析数值模拟

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基于槽道翼压浪板的双m船纵向运动稳定性研究

基于槽道翼压浪板的双M船纵向运动稳定性研究

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作者：张建峰青岛科技大学

学位级别：硕士

随着船舶行业的快速发展,越来越多的船型出现在人们视野当中,其中结合了多体船、滑行艇、微气泡减阻船等特点的双m船尤为亮眼。双m船在航行过程中利用其独特的结构特点捕捉空气,借助静浮力、水动力以及空气动力的增升作用,降低航行阻力... 详细信息

随着船舶行业的快速发展,越来越多的船型出现在人们视野当中,其中结合了多体船、滑行艇、微气泡减阻船等特点的双m船尤为亮眼。双m船在航行过程中利用其独特的结构特点捕捉空气,借助静浮力、水动力以及空气动力的增升作用,降低航行阻力,从而突破常规船型航速的极限,其类似多体船的横向结构,使得船体长宽比较小,横稳性好。近年来随着CFD技术的发展,在计算船舶水动力特性及其流场分布方面有了广泛的应用,同时双m船流场环境较为复杂,模型试验对其减阻机理、水气两相变化等细节研究较为困难,因此利用数值方法研究双m船航行性能成为不二之选。本文基于粘性CFD技术,利用商业软件STAR-CCm+对双m船纵向运动稳定性问题进行研究,采用重叠网格技术和DFBI模块模拟双m船和添加组合附体的双m船在静水直航中和迎浪规则波中的2-DOF运动,分析其阻力、水气两相特性及航行姿态,探究组合附体对双m船纵向运动稳定性的影响。主要研究内容包括:(1)网格无关性验证及不确定度计算,与拖曳试验数据进行对比验证,选取合适的网格方案和时间步长;(2)采用上述网格对双m船进行数值模拟,分析其静水中的阻力、压力、水气两相分布及艉后兴波等,总结双m船水气两相特性及航行机理;(3)基于Stocks一阶波模型创建三维数值水池,模拟双m船在迎浪规则波中的航行运动。(4)基于数值模拟,研究双m船静水直航中的阻力、纵向运动稳定性以及迎浪规则波中的纵向运动稳定性问题,分析影响双m船纵向运动稳定性的主要因素。(5)选择组合附体(槽道水翼+压浪板),探究组合附体对双m船静水直航中阻力、运动姿态及规则波中的运动稳定性的影响,以阻力、运动响应为目标函数,以组合附体的安装参数为自变量,给出适合于双m船的组合附体安装参数。研究表明,本文确定的网格方案和时间步长误差较小,采用该数值方案准确性较高。针对双m船在静水直航和迎浪规则波中的纵向运动稳定性问题,对裸船与安装组合附体的双m船进行对比研究,结果表明,组合附体可以起到减阻、减摇的作用。低速时尾压浪板起主要作用,抑制艉后兴波,降低压差阻力,减小尾倾;高速时槽道水翼起主要作用,减小船底湿面积,降低摩擦阻力,改善航行姿态;针对双m船航行性能,给出组合附体最佳的安装参数,为双m船组合附体的安装提供一定的参考价值。

关键词：双m船水气两相纵向运动稳定性组合附体槽道水翼压浪板

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双m船水气两相特性与运动稳定性研究

双M船水气两相特性与运动稳定性研究

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作者：余泽爽武汉理工大学

学位级别：硕士

m船是一种综合了常规滑行艇优良的航行特性、高速多体船的构造特性、微气泡减阻船的阻力特性以及类似于气垫船的静气升力特性的高性能船舶。在高速航行时,由于其独特的槽道设计,其兴波比常规滑行艇要小得多,故而大大降低了兴波阻力。槽... 详细信息

m船是一种综合了常规滑行艇优良的航行特性、高速多体船的构造特性、微气泡减阻船的阻力特性以及类似于气垫船的静气升力特性的高性能船舶。在高速航行时,由于其独特的槽道设计,其兴波比常规滑行艇要小得多,故而大大降低了兴波阻力。槽道中的水气混合现象,使船体润湿,降低介质的粘性系数;断阶的设计使船体更易于进入滑行阶段;槽道中的动态高压区进一步抬升艇体,使其脱离水面,故而摩擦阻力也得以降低。槽道的设计使船体形成与多体船类似的横向结构,故而具备良好的横向稳定性。可见m船具有优异的阻力性能、隐蔽性以及稳定性等特点,基于m船提出了一种青出于蓝而胜于蓝的船型——双m船。然而,对m船的研究依然大多为模型试验方法,局限于阻力与航态预报,而对减阻机理、流场细节以及受力特点等的研究无从开展,同时模型试验研究费时费力,故而基于RANS数值水池的CFD方法,成为研究手段的不二之选。但是由于m船高速的航行特点、剧烈变化的航态特点、水气混合的流场特点以及复杂的受力特点等问题,对其的数值模拟研究也存在较多有待解决的难题。因此本研究基于粘性CFD方法,采用重叠网格技术,在商业软件STARCCm+的平台上,对双m船水气两相特性与运动稳定性问题进行研究,对双m船静水直航的2-DOF运动进行数值模拟来进行阻力预报,对船体航态进行实时捕捉以解决其动航态问题,主要研究内容包括:(1)将采用不同网格方案的计算结果与试验结果进行对比验证,得到对双m船静水直航数值模拟的最佳网格方案;(2)采用该网格方案对该双m船的不同工况(不同排水量与重心纵向位置)以及系列双m船进行数值模拟,与实验结果对比作进一步的验证;(3)基于数值模拟,从水气两相特性的角度研究断阶因素对双m船静水直航性能的影响;(4)研究m型船(单m和双m船)静水直航运动性能、耐波性、静水中的运动稳定性问题(海豚现象)以及迎浪规则波中的运动稳定性问题(跳跃运动)的对比。综上所述,本文基于数值水池,提出了对双m船数值模拟的最佳方案,并进行了多种网格、多种工况、多种船型的试验验证,对双m船不同断阶参数的改型进行了对比研究、对其耐波性和运动稳定性等问题进行了探讨,能为双m船数值模拟研究以及船型设计提供一定的参考价值。

关键词：双m船水气两相数值水池海豚现象运动稳定性

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基于双m船的断级-空气减阻设计研究

基于双M船的断级-空气减阻设计研究

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作者：王帅青岛科技大学

学位级别：硕士

提升船舶快速性不仅能够增强海上军事力量,还能促进经济贸易发展和节能减排。然而,船舶阻力严重限制着船舶快速性的提升,如何有效减小船舶航行阻力一直是国内外的研究热点。本文对双m船的船体结构进行了设计改进,使用Star ccm+软件对双... 详细信息

提升船舶快速性不仅能够增强海上军事力量,还能促进经济贸易发展和节能减排。然而,船舶阻力严重限制着船舶快速性的提升,如何有效减小船舶航行阻力一直是国内外的研究热点。本文对双m船的船体结构进行了设计改进,使用Star ccm+软件对双m船在静水中的2-DOF运动进行了数值模拟。研究了双m船的航行特性,主要探究了断级结构、断级高度对双m船阻力性能的影响,提出了断级-空气联合减组技术,并重点探究了该技术对双m船的减阻效果和减阻原理。研究发现:(1)双m船在低速和高速时航行平稳,但在进入高速滑行状态前需要经历动作较大的起伏。断级改善了双m船压力及水气分布等特性,同时增大了船体运动幅度;与常规船型不同,低速时双m船的摩擦阻力占比小,摩擦阻力随船速的提升而增加。(2)在设计航速内,断级最大减阻率为7.574%,但是断级在减小船体摩擦阻力的同时增大了黏压阻力,使黏压阻力成为断级双m船全速范围内的主要阻力。断级结构有效减阻的实质是摩擦阻力的减小量多于黏压阻力的增加量,不过断级高度不能超过某一限制,否则会导致动升力对船体的抬升作用失效。(3)在断级处注入空气能够有效减小断级增加的黏压阻力,通过分析认为被注入的空气一定程度上破坏了船体黏压阻力场的产生条件,这种破坏效果在高速时更明显。在断级处注入空气最多减小了14.505%的断级船体阻力。(4)断级-空气联合减组技术通过分部减阻,成功实现了对双m船高速时总阻力的减小,最大减阻率为20.981%,相应工况下摩擦阻力减少了51.948%。该技术实现并推动了减阻技术的交叉融合及其发展,为以后关于减阻技术的相关研究提供了思路和经验指导。

关键词：双m船快速性断级减阻空气减阻减阻技术的交叉融合

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m型滑行艇规则波中运动稳定性问题研究

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2018年第2期42卷 344-348页

作者：余泽爽毛筱菲武汉理工大学交通学院武汉430063 高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063

采用黏性的CFD商业软件STAR-CCm+,基于重叠网格技术和DFBI(动态体驱动模块)模拟刚体的6-DOF运动,解决了滑行艇的动航态问题.通过建立波浪数值水池,对单m与双m船在迎浪规则波中的2-DOF运动进行数值模拟,对两者在迎浪规则波中的波浪增阻... 详细信息

采用黏性的CFD商业软件STAR-CCm+,基于重叠网格技术和DFBI(动态体驱动模块)模拟刚体的6-DOF运动,解决了滑行艇的动航态问题.通过建立波浪数值水池,对单m与双m船在迎浪规则波中的2-DOF运动进行数值模拟,对两者在迎浪规则波中的波浪增阻、运动响应和运动稳定性等问题进行比较分析.结果表明,双m船在迎浪规则波中更易发生跳跃现象,但是具有更小的增阻系数,同时在短波中具有更小的运动响应.

关键词：单m船双m船数值模拟运动稳定性跳跃现象

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