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破损船舶横摇水动力系数计算和分析

中国造船 2023年第2期64卷 151-163页

作者：黄志云高志亮许桑铭武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430061

采用计算流体动力学方法模拟破损和完整船舶在静水中的强迫横摇运动,研究船舶破损前后的横摇水动力变化以及横摇参数对破损船横摇水动力的影响。分析了在不同横摇条件下船舶破损前后整船、船壳部分和舱室部分的附加惯性矩和阻尼系数的... 详细信息

采用计算流体动力学方法模拟破损和完整船舶在静水中的强迫横摇运动,研究船舶破损前后的横摇水动力变化以及横摇参数对破损船横摇水动力的影响。分析了在不同横摇条件下船舶破损前后整船、船壳部分和舱室部分的附加惯性矩和阻尼系数的变化特点。研究发现,破损船的附加惯性矩以船壳成分为主,破口的存在使船壳附加惯性矩减少。舱室附加惯性矩大小与横摇幅值密切相关,当横摇幅值不超过10°时,舱室附加惯性矩的加入使破损船整船的附加惯性矩大于完整船的附加惯性矩;当横摇幅值达到15°后,舱室附加惯性矩变为负值,使得破损船整船的附加惯性矩小于完整船的情况。破损船整船的阻尼系数比完整船阻尼系数大20%~110%。船舶破损后吃水增加使得破损船壳阻尼系数增大,破口的存在对船壳阻尼系数影响不大,但水流进出舱室对舱内水非线性晃荡行为有显著的抑制作用,影响到舱室阻尼系数的大小。随着横摇幅值增大,破损船的整船和舱室阻尼系数的增长率逐渐降低,而船壳阻尼系数的增长率逐渐变大。

关键词：破损船水动力系数强迫横摇 CFD

基于神经网络的船舶剖面参数化建模与辐射水动力系数预测

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水动力学研究与进展（A辑） 2022年第6期37卷 751-756页

作者：尚凡成孔繁钰詹可朱仁传上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

快速高效的船舶水动力计算方法可显著缩短船型优化设计周期,但船舶剖面形状复杂,采用刘易斯剖面法和田才图谱法等均难以实现剖面准确定义,制约了水动力系数预报精度。该文结合先验知识与自动编码器模型提出了一种新的船体剖面参数化方法... 详细信息

快速高效的船舶水动力计算方法可显著缩短船型优化设计周期,但船舶剖面形状复杂,采用刘易斯剖面法和田才图谱法等均难以实现剖面准确定义,制约了水动力系数预报精度。该文结合先验知识与自动编码器模型提出了一种新的船体剖面参数化方法,在此基础上通过神经网络以数据驱动方式建立了剖面参数化特征和频率与二维无限水深水动力系数之间的映射关系,实现了附加质量和阻尼系数的准确高效预报。经仿真验证,提出的神经网络模型预测结果与切片理论计算结果吻合良好,预测精度较高,有助于船舶设计与优化工作。

关键词：切片理论神经网络自动编码器水动力系数

一种基于Stewart六自由度船舶约束模型试验平台的水动力系数测量方法

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2023年第3期47卷 465-471页

作者：吴新骍鲁韵武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武昌首义学院机电与自动化学院武汉430074

文中设计了一种基于Stewart六自由度并联机构搭建船舶约束模型试验平台.介绍了新型约束模型试验装置的工作原理并推导了试验台驱动腿与物理船模型的运动关系,在此基础上建立了水动力数学模型.对一个矩形框架和两个船模进行了约束模型试... 详细信息

文中设计了一种基于Stewart六自由度并联机构搭建船舶约束模型试验平台.介绍了新型约束模型试验装置的工作原理并推导了试验台驱动腿与物理船模型的运动关系,在此基础上建立了水动力数学模型.对一个矩形框架和两个船模进行了约束模型试验,测量了模型的附加质量系数.将试验结果与理论值进行了比较,验证了该装置的可靠性.

关键词：六自由度并联机构约束模型试验水动力系数附加质量系数

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便携式AUV水动力系数数值模拟

舰船科学技术 2023年第3期45卷 61-65页

作者：黎欣昌李文魁海军工程大学电气学院湖北武汉430030

使用新一代流体力学软件STAR-CCM+数值模拟获取水动力系数。通过直航、斜航运动和小幅值平面运动模拟计算出AUV的粘性水动力系数和惯性水动力系数。数值计算的水动力系数分别与REMUS 100实际系数进行对比。总体来说,计算值与REMUS 100... 详细信息

使用新一代流体力学软件STAR-CCM+数值模拟获取水动力系数。通过直航、斜航运动和小幅值平面运动模拟计算出AUV的粘性水动力系数和惯性水动力系数。数值计算的水动力系数分别与REMUS 100实际系数进行对比。总体来说,计算值与REMUS 100的实际值符号都一致,且都在一个数量级上,计算结果具有一定的可行性。根据计算误差,从数值计算的原理出发,分析数值计算误差主要来源于振荡频率、时间步长、边界层和网格划分等相关设置。在纯横荡运动计算中,对不同的振荡频率组数值模拟,初步表明,采用低频振荡的数值计算有助于提高水动力系数的计算精度。

关键词：便携式AUV 数值模拟小幅值平面运动水动力系数

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潜器六自由度运动方程水动力系数敏感性分析

舰船科学技术 2022年第22期44卷 26-31页

作者：水源可可伟王金云邹林李会龙河北汉光重工有限责任公司河北邯郸056000 河北省双介质动力技术重点实验室河北邯郸056000

由于潜器运动方程中水动力系数对潜器运动操纵性参数的影响程度各不相同,为确定流体动力布局中的各因素对操纵规律的影响程度,简化操纵运动方程。通过引入水动力敏感性指数S,量化水动力系数和操纵运动参数间的关系,以潜器六自由度方程... 详细信息

由于潜器运动方程中水动力系数对潜器运动操纵性参数的影响程度各不相同,为确定流体动力布局中的各因素对操纵规律的影响程度,简化操纵运动方程。通过引入水动力敏感性指数S,量化水动力系数和操纵运动参数间的关系,以潜器六自由度方程中各水动力系数为研究对象,求出各水动力系数敏感性指数。结果表明:(角)速度系数和舵角系数敏感性较大,在设计阶段需重点考虑流体动力布局对其参数的影响且在求取其水动力系数时需保证其精度。本文研究成果可为潜器的设计和操纵运动方程的简化提供理论支撑。

关键词：潜器操纵运动方程水动力系数敏感性分析

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围壳对水下航行体水动力系数的影响特性研究

舰船科学技术 2022年第7期44卷 31-36页

作者：胡芳芳陈静涂卫民冉令可武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430205

作为水下航行体的重要附体之一,围壳对其操纵性水动力系数存在重要影响。为此基于相对参考坐标系方法,开展旋臂水池数值仿真研究。通过与模型试验数据对比,建立了线性旋转速度系数的数值计算方法。在此基础上研究有无围壳状态、围壳在... 详细信息

作为水下航行体的重要附体之一,围壳对其操纵性水动力系数存在重要影响。为此基于相对参考坐标系方法,开展旋臂水池数值仿真研究。通过与模型试验数据对比,建立了线性旋转速度系数的数值计算方法。在此基础上研究有无围壳状态、围壳在水下航行体上的轴向位置工况下水下航行体的水动力系数和流场特性,得到了围壳对水下航行体流场和水动力系数的影响。

关键词：水下航行体操纵性水动力系数围壳数值计算

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带支腿浮式结构水动力系数快速算法研究

船舶力学 2018年第11期22卷 1376-1386页

作者：武海浪陈徐均黄亚新沈海鹏苗玉基解放军理工大学野战工程学院南京210007

文章在三维线性水弹性理论体系下,利用格林函数矩阵的性质,将桩腿不断抬升的过程视为格林函数矩阵规模减小的过程,以此为核心,针对带支腿浮式结构变参数的水动力系数计算问题提出了一种相对较高效的计算方法。通过算例的分析对快速算法... 详细信息

文章在三维线性水弹性理论体系下,利用格林函数矩阵的性质,将桩腿不断抬升的过程视为格林函数矩阵规模减小的过程,以此为核心,针对带支腿浮式结构变参数的水动力系数计算问题提出了一种相对较高效的计算方法。通过算例的分析对快速算法计算结果的误差和效率进行了全面的考察。结果表明:使用格林函数矩阵缩减为核心的快速算法进行分析以后,计算效率可以提高92%以上;快速算法所计算的刚体的纵荡、横荡和艏摇三种水动力系数与普通算法结果一致,可完全反应这些模态的水动力特性;快速算法所计算的垂荡、横摇和纵摇三种刚体模态的结果与普通算法有较小的误差,但基本可以反应这些模态的水动力特性。

关键词：海洋工程带支腿浮式结构水动力系数快速算法

开架式水下机器人水动力系数计算与动力学建模

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兵工学报 2021年第9期42卷 1972-1986页

作者：闫银坡于福杰陈原山东大学(威海)机电与信息工程学院山东威海264209

为实现开架式水下机器人的操纵性预报和开展控制算法的研究,提出一种基于格子波尔兹曼方法(LBM)的水动力系数数值计算方法。对比LBM和传统雷诺平均Navier-Stokes方程方法在稳态纵荡运动和斜航运动中的模拟结果,验证LBM的可行性。建立大... 详细信息

为实现开架式水下机器人的操纵性预报和开展控制算法的研究,提出一种基于格子波尔兹曼方法(LBM)的水动力系数数值计算方法。对比LBM和传统雷诺平均Navier-Stokes方程方法在稳态纵荡运动和斜航运动中的模拟结果,验证LBM的可行性。建立大振幅非稳态平面运动机构试验的严格运动函数,根据水下机器人结构特点构建包含惯性水动力系数、线性与非线性黏性水动力系数的水动力模型,并采用最小二乘法辨识水动力模型参数。对标准操纵性试验进行数值仿真,验证所建立的6自由度运动方程的有效性。结果表明:与基于传统计算流体力学技术的水动力计算方法相比,LBM不会受水下机器人外形复杂程度的限制,避免了非稳态运动模拟中复杂动网格的更新难题;通过大振幅平面运动机构试验模拟缩短了水动力系数计算周期,该水动力学模型较完整,更适用于操纵性预报和控制算法的研究。

关键词：水下机器人水动力系数格子波尔兹曼方法大振幅平面运动机构试验

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水下航行器水动力系数计算方法

哈尔滨工程大学学报 2019年第1期40卷 174-180页

作者：高婷庞永杰王亚兴陈庆龙哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016

为了高效地求取水下航行器的水动力系数,本文提出了一种空间拘束运动模拟方法。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地缩短了计算周期。为了验证该方法的准确性,利用航行器完成了平面机构运动... 详细信息

为了高效地求取水下航行器的水动力系数,本文提出了一种空间拘束运动模拟方法。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地缩短了计算周期。为了验证该方法的准确性,利用航行器完成了平面机构运动试验并模拟分析该试验的数值。2种计算流体动力学方法得到的水动力系数值接近。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,该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。

关键词：水动力系数水下航行器空间拘束运动操纵性计算流体力学平面运动机构水动力试验高效