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高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

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哈尔滨工程大学学报 2019年第6期40卷 1065-1071页

作者：丁江明江佳炳秦江涛翟志红高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通学院湖北武汉430063 中国船舶及海洋工程设计研究院喷水推进技术重点实验室上海200011

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50kn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... 详细信息

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50kn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。

关键词：高速滑行艇水动力阻力计算流体力学 RANS方法 SSTk-ω 网格压力分布

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高速滑行艇静水中纵向运动响应数值预报研究

中国造船 2016年第3期57卷 148-154页

作者：凌宏杰王志东王芳江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003

基于计算流体力学软件FINE/MARINE,利用其六自由度运动响应模块,开展了三维滑行艇模型在静水中航行纵向三自由度运动响应的实时数值预报。给出了航速v=2m/s^15m/s共计14种工况下滑行艇水动力特性、运动响应特性与航速之间关系,并与试验... 详细信息

基于计算流体力学软件FINE/MARINE,利用其六自由度运动响应模块,开展了三维滑行艇模型在静水中航行纵向三自由度运动响应的实时数值预报。给出了航速v=2m/s^15m/s共计14种工况下滑行艇水动力特性、运动响应特性与航速之间关系,并与试验数据对比,二者吻合良好。重点分析了高航速时艇体出现砰击现象对运动性能预报的影响,为滑行艇运动响应的实时数值预报分析提供了一种有效的方法。

关键词：高速滑行艇运动响应数值预报

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高速滑行艇气动阻力试验及数值研究

中国造船 2018年第2期59卷 103-112页

作者：孙寒冰马伟佳郭志群孙华伟禤雄佐哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 工业和信息化部产业发展促进中心北京100000

针对所研发的高速滑行艇型,采用风洞试验及数值模拟方法研究其在静水面高速航行时的气动阻力特性。其中,数值模拟方法基于雷诺平均N-S方程及Realizable k-ω湍流模型。结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果吻合得较好,误差在5%以内,精... 详细信息

针对所研发的高速滑行艇型,采用风洞试验及数值模拟方法研究其在静水面高速航行时的气动阻力特性。其中,数值模拟方法基于雷诺平均N-S方程及Realizable k-ω湍流模型。结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果吻合得较好,误差在5%以内,精度满足工程应用要求。同时,数值及试验结果也表明,合理的气动力艉型能有效抑制滑行艇尾部的流动分离以及尾涡现象,使滑行艇气动阻力下降15%左右。

关键词：高速滑行艇气动阻力 CFD 艉型

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高速滑行艇在规则波中的纵向运动数值研究

哈尔滨工程大学学报 2014年第1期35卷 45-52页

作者：王硕苏玉民庞永杰刘焕兴哈尔滨工程大学水下智能机器人国防重点实验室黑龙江哈尔滨150001

为准确评估滑行艇在波浪中的运动特性、寻找运动规律,应用基于VOF RANS求解器的CFD方法对高速滑行艇在规则波浪中的迎浪运动进行数值计算。在纵摇和升沉两自由度模型下对滑行艇进行数值模拟,得到了滑行艇在迎浪运动中的无跳跃、规则跳... 详细信息

为准确评估滑行艇在波浪中的运动特性、寻找运动规律,应用基于VOF RANS求解器的CFD方法对高速滑行艇在规则波浪中的迎浪运动进行数值计算。在纵摇和升沉两自由度模型下对滑行艇进行数值模拟,得到了滑行艇在迎浪运动中的无跳跃、规则跳跃和不规则跳跃3种运动形式。对3种运动形式发生的条件,即波长、波高和航速进行了研究,得到运动发生的条件区间,并分析了跳跃的发生对纵向运动幅度规律的影响。计算结果表明,规则跳跃和不规则跳跃的发生均会改变无量纲化纵向运动幅值随波高的变化规律。其中,不规则跳跃对滑行艇运动幅值的影响较规则运动更为强烈。

关键词： CFD方法高速滑行艇纵向运动规则波迎浪运动数值模拟规则跳跃不规则跳跃

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高速滑行艇约束模式下的喷溅阻力特性研究

哈尔滨工程大学学报 2013年第1期34卷 15-20页

作者：凌宏杰王志东李鑫吴娜江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

为了研究高速滑行艇瞬态喷溅流体动力特性,基于计算流体软件Fluent及自编写后处理程序,对体积傅汝德数、攻角分别为Fr▽=1.0、τ=10°,Fr▽=2.0、τ=8.0°,Fr▽=3.0、τ=5.0°,Fr▽=4.0、τ=2.5°这4种工况下,开展了高速滑行艇三维数值... 详细信息

为了研究高速滑行艇瞬态喷溅流体动力特性,基于计算流体软件Fluent及自编写后处理程序,对体积傅汝德数、攻角分别为Fr▽=1.0、τ=10°,Fr▽=2.0、τ=8.0°,Fr▽=3.0、τ=5.0°,Fr▽=4.0、τ=2.5°这4种工况下,开展了高速滑行艇三维数值模拟.计算收敛后,从Fluent软件中导出艇体平均动压、对水相积分求出浸湿面积等相关参数、提出了关于计算喷溅阻力的4条假设和关于喷溅区的几何形状、特征雷诺数与喷溅阻力的计算方法.计算结果与试验值具有良好的一致性,摩擦阻力系数Cf通过Davidson经验公式和ITTC公式的反推验证,误差分别为2.58%和3.36%,表明采用此种方法研究高速滑行艇静水航行喷溅阻力是可行的.

关键词：高速滑行艇喷溅阻力约束模式

高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法

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上海交通大学学报 2014年第1期48卷 106-110页

作者：凌宏杰王志东江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型"海豚运动"现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果... 详细信息

基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型"海豚运动"现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果表明:当滑行艇的重心与艇艉的距离lg=0.231L(L为艇长),体积Froude数Fr▽≥2.7时,滑行艇出现"海豚运动"现象,且艇体的升沉量、纵倾角和响应频率均随着航速的增加而增大;当Fr▽=5.0,滑行艇重心处于lg=0.381L,0.351L时均出现"海豚运动"现象,且其升沉量、纵摇角的幅值和响应频率均随着重心纵向位置移向艇艉而增大.

关键词：高速滑行艇海豚运动数值预报

高速滑行艇静水中纵向运动尾流特性的数值分析

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2017年第3期31卷 268-272页

作者：凌宏杰王志东王芳江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003

基于计算流体力学软件FINE/MARINE,利用其六自由度运动响应模块,开展了三维滑行艇模型在静水中航行纵向三自由度运动响应的实时数值预报.完成了航速v=2~15 m/s共计14种工况下滑行艇水动力特性、运动响应特性与航速之间的关系,与试验数... 详细信息

基于计算流体力学软件FINE/MARINE,利用其六自由度运动响应模块,开展了三维滑行艇模型在静水中航行纵向三自由度运动响应的实时数值预报.完成了航速v=2~15 m/s共计14种工况下滑行艇水动力特性、运动响应特性与航速之间的关系,与试验数据对比,二者吻合良好,并给出了对应的变化规律.定量分析了滑行艇尾压力兴波的凯尔文角、船尾空穴的长度和深度、流体与艇尾分离点与航速的关系.为滑行艇运动响应的实时数值预报和尾流场的分析提供了一种有效的方法.

关键词：高速滑行艇运动响应数值预报尾流场

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高速滑行艇的阻流板设计和流体力学分析

舰船科学技术 2020年第8期 1-3页

作者：王雪艳淄博职业学院机电工程学院

高速滑行艇在军事侦察等领域有非常重要的应用,本文重点针对高速滑行艇的流体动力学特性进行系统研究。阻流板是高速滑行艇进行流体力学调节的关键结构。本文基于计算流体力学CFD,结合有限元分析软件Fluent,对高速滑行艇和阻流板进行有... 详细信息

高速滑行艇在军事侦察等领域有非常重要的应用,本文重点针对高速滑行艇的流体动力学特性进行系统研究。阻流板是高速滑行艇进行流体力学调节的关键结构。本文基于计算流体力学CFD,结合有限元分析软件Fluent,对高速滑行艇和阻流板进行有限元建模、边界条件定义以及流体力学计算,对于改善高速滑行艇的设计水平有重要意义。

关键词：高速滑行艇阻流板流体力学 CFD Fluent

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高速滑行艇航迹控制研究

高速滑行艇航迹控制研究

作者：王聪哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本论文的研究对象为高速滑行艇,高速滑行艇是高性能船舶的一种,由于其具有更高的航速,优良的耐波性,及优异的机动性,故其在侦查及搜救领域得到了广泛的应用。针对高速滑行艇的特点,本论文设计了相应的航迹跟踪控制器。为完成相应控制器... 详细信息

本论文的研究对象为高速滑行艇,高速滑行艇是高性能船舶的一种,由于其具有更高的航速,优良的耐波性,及优异的机动性,故其在侦查及搜救领域得到了广泛的应用。针对高速滑行艇的特点,本论文设计了相应的航迹跟踪控制器。为完成相应控制器的设计,并使其具有一定鲁棒性且能在有限时间内收敛于给定航迹,论文分别进行了以下的工作:首先引入了附体坐标系以及惯性坐标系,然后通过附体坐标系与惯性坐标系的欧拉角转换公式引出了船舶控制的六自由度数学模型。由动量定理及动量矩定理导出船舶六自由度动力学模型,并依据分离化的建模原则对船舶模型进行受力分析。依据井上模型,给出了水动力的计算公式及其系数的估算公式,并分别对环境干扰力进行分析,给出了计算方法。最后,对六自由度数学模型进行了简化,建立了4自由度运动学模型和动力学模型,并对其进行仿真实验以验证其开环特性。其次,选取了视线法(LOS)为本控制系统的导航控制算法。在直线段LOS的设计中,将横向误差引入到超前距离的设计中;在曲线段LOS的设计中应用了参数化曲线,根据所设计的曲线参数斜率给出下一个跟踪点的位置,进而对期望艏向角进行实时更新。接着,针对航迹跟踪问题设计了一种动态终端滑模控制器。应用终端滑模控制,使得系统误差能在有限时间内收敛到零。为增强系统的鲁棒性,并降低滑模面的抖震;本文在滑模切换面之上构建动态超平面,使得系统中的不连续项以导数的形式转移到了高阶系统中,从而得到时间上连续的且在有效时间内收敛的动态滑模控制率。最后,在常规快速终端滑模控制器的基础上,针对滑模面趋近率的开关增益项环节设计了一种模糊终端滑模控制器,使系统随切换面及切换面导数的变化对开关增益项进行自适应调节,进一步减少收敛时间并降低滑模面的抖震。

关键词：高速滑行艇航迹跟踪终端滑模控制模糊控制