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海上浮式风机纵摇及其抑制研究进展(一)

河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：张继生王军磊李浩然王芳宇河海大学港口海岸与近海工程学院

浮式风机的深远海化与大型化已成为海上风电发展必然趋势。纵摇是影响浮式风机安全的重要因素，对纵摇进行有效抑制成为浮式风机大规模商业运用的关键前提。本文梳理了风浪荷载单独作用与联合作用下浮式风机的纵摇响应规律；总结了调谐... 详细信息

浮式风机的深远海化与大型化已成为海上风电发展必然趋势。纵摇是影响浮式风机安全的重要因素，对纵摇进行有效抑制成为浮式风机大规模商业运用的关键前提。本文梳理了风浪荷载单独作用与联合作用下浮式风机的纵摇响应规律；总结了调谐质量阻尼器、波浪能利用装置以及船用减摇设备等外加稳定装置对浮式风机的减摇效果，揭示了不同减摇措施的作用机理并指明了未来发展应用中需要解决的问题。

关键词：浮式风机纵摇纵摇抑制调谐质量阻尼器波浪能利用装置船用减摇设备

基于计算流体动力学方法的两栖飞机规则波中运动特性研究

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哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 44-52页

作者：胡开业石林飞周辉毛丽君哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对水陆两栖飞机加速起飞运动过程受波浪干扰问题,本文基于Star-CCM+平台数值模拟技术,引入SST k-ε湍流模型求解RANS方程,VOF方法捕捉自由液面,DFBI模块以及重叠网格技术模拟水上飞机六自由度运动,建立了一套波浪中水陆两栖飞机加速... 详细信息

针对水陆两栖飞机加速起飞运动过程受波浪干扰问题,本文基于Star-CCM+平台数值模拟技术,引入SST k-ε湍流模型求解RANS方程,VOF方法捕捉自由液面,DFBI模块以及重叠网格技术模拟水上飞机六自由度运动,建立了一套波浪中水陆两栖飞机加速滑行起飞运动特性研究方案。以波长和波高为变量,探讨了加速滑行过程中上述变量对水上飞机升沉、纵摇运动响应以及机身重心处垂向加速度的影响规律。结果表明:随着波长增加,飞机升沉运动先增加后缓慢变化,飞机重心垂向加速度、纵摇角加速度和纵摇峰值集中在波长为2~3倍机身长度海况范围内;随着波高增大,飞机升沉、纵摇运动及重心垂向加速度最大值随之增大,且长波中的运动变化量较短波中更大;机翼气动升力数值模拟结果与计算值一致,该方案可用于水陆两栖飞机气动力相关计算。

关键词：水陆两栖飞机纵向稳性加速运动计算流体力学纵摇升沉规则波重叠网格

振荡浮子式波能装置的功率计算分析及参数设计

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哈尔滨工程大学学报 2024年第2期45卷 406-414页

作者：王德莉李霁杨雯任志聪张晓燕史加荣姚继涛西安建筑科技大学理学院陕西西安710055 北京高德云图科技有限公司北京100020 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

波浪能是重要的可再生资源之一,提高波浪能装置的能量捕获率是波浪能规模化利用的关键。本文对波浪能的能量转换装置进行了研究,针对装置于不同摇荡条件下的最大平均输出功率、最优阻尼系数及相关参数进行演化分析及求解。利用牛顿定律... 详细信息

波浪能是重要的可再生资源之一,提高波浪能装置的能量捕获率是波浪能规模化利用的关键。本文对波浪能的能量转换装置进行了研究,针对装置于不同摇荡条件下的最大平均输出功率、最优阻尼系数及相关参数进行演化分析及求解。利用牛顿定律及质心系、转动惯量等建立二自由度、四自由度波浪能转换装置耦合运动模型,基于时间离散化的差分原理求解,同时采用模拟退火算法降低时间复杂度,提出了改良的粒子群算法,得到较为准确的结果,为实际工程中波浪能的高效采集提供思路和途径。

关键词：波能转换装置纵摇垂荡耦合模式振动力学原理最大平均输出功率参数设计算法优化

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内波观测浮标水动力性能分析与实验研究

机械设计与制造工程 2024年第1期53卷 115-120页

作者：连伟琪吴俊飞宋奕萱曲志平青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

内波观测浮标的横摇和纵摇是影响海流观测设备声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测有效性的重要参数。针对所设计的浮标,采用AQWA软件,分析比较了在不同外界载荷下,浮标的横摇和纵摇变化情况。结果表明:在1 m浪高的规律波浪下,周期为4~16 s... 详细信息

内波观测浮标的横摇和纵摇是影响海流观测设备声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测有效性的重要参数。针对所设计的浮标,采用AQWA软件,分析比较了在不同外界载荷下,浮标的横摇和纵摇变化情况。结果表明:在1 m浪高的规律波浪下,周期为4~16 s时,浮标的横摇和纵摇角度均满足仪器有效观测的要求,周期为1~3 s时,浮标会产生较大的横摇和纵摇角度;在不规律波浪下,当波浪高度小于4 m时,浮标运动的有义值都满足要求,当波浪高度大于等于5 m时,浮标的横摇或纵摇角度会超过20°。在南海进行的内波观测实验表明,横摇和纵摇角度均满足有效观测的要求,证明模拟是准确的。

关键词：内波观测浮标横摇纵摇 AQWA

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斜风来流下纵摇运动对机-舰耦合流场的影响

空气动力学学报 2023年第3期41卷 77-88,I0002页

作者：李通刘戈宗昆赵宁王逸斌中国船舶集团有限公司系统工程研究院北京100094 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 南京航空航天大学非定常空气动力学与流动控制工业和信息化部重点实验室南京210016

机-舰耦合流场是一个复杂紊乱的非定常流场,舰船的六自由度摇摆运动会进一步恶化飞行甲板上方的流场环境。为了探究舰船的摇摆运动对飞行甲板上方机-舰耦合流场的影响,基于简化护卫舰SFS2和旋翼的耦合模型,对两种斜风状态下、纵摇运动... 详细信息

机-舰耦合流场是一个复杂紊乱的非定常流场,舰船的六自由度摇摆运动会进一步恶化飞行甲板上方的流场环境。为了探究舰船的摇摆运动对飞行甲板上方机-舰耦合流场的影响,基于简化护卫舰SFS2和旋翼的耦合模型,对两种斜风状态下、纵摇运动中的机-舰耦合流场进行了数值模拟,分析了纵摇运动对机-舰耦合流场结构和旋翼拉力的影响,对比了两种斜风状态下的流场差异。研究结果表明:随着舰船的纵摇运动,机库后方形成的不稳定混合涡结构和垂向气流会对旋翼气动力造成明显的影响,旋翼拉力出现了近似周期性的变化,与纵摇运动的周期一致,但各观测点处的速度分量均未出现周期性的变化;旋翼拉力在甲板上浮至水平位置附近时最大,在甲板下沉至水平位置附近时最小,对于左舷和右舷来流,拉力分别降低了约13%和6%,因此飞行员要认识到纵摇运动带来的拉力损失,确保直升机具有足够的操纵量,以便能及时调整总距来保证直升机在该状况下的起降安全性。

关键词：舰面流场机-舰耦合流场非定常纵摇计算流体力学

基于CFD的带附体KCS船在波浪中的阻力及纵摇优化

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中国舰船研究 2022年第2期17卷 63-72页

作者：李乐宇吴建威万德成上海交通大学船海计算水动力学研究中心上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430205

[目的]为了降低船体在波浪中的阻力并改善其耐波性,将给船体添加合适的附体,如减摇鳍和压浪板。[方法]首先,对仅在船艏添加减摇鳍和在船艉添加压浪板,以及在船艏、船艉均添加附体的3艘船采用黏流求解器naoe-FOAM-SJTU进行数值计算,并将... 详细信息

[目的]为了降低船体在波浪中的阻力并改善其耐波性,将给船体添加合适的附体,如减摇鳍和压浪板。[方法]首先,对仅在船艏添加减摇鳍和在船艉添加压浪板,以及在船艏、船艉均添加附体的3艘船采用黏流求解器naoe-FOAM-SJTU进行数值计算,并将这3艘船各自的阻力及纵摇与未添加附体的KCS船体进行对比;然后,通过改变减摇鳍宽度与压浪板长度得到30艘样本船,且对各样本船进行特定工况下的水动力性能评估;最后,根据各变形船的数值计算结果建立Kriging模型,依据该模型,利用遗传算法达到关于船体总阻力及纵摇幅值的Pareto前沿,再从中选取3艘典型的优化变形船进一步予以验证分析。[结果]结果显示,优化后的KCS船体在一个遭遇周期内纵摇幅值和平均阻力最大降幅分别达12.7%和12.5%。[结论]研究表明,在迎浪工况下,通过为KCS船体添加压浪板和减摇鳍,以及针对附体主尺度的优化,可以有效降低其在波浪中的总阻力,优化纵摇幅值。

关键词：附体阻力纵摇多目标优化 naoe-FOAM-SJTU求解器

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船舶纵摇对内外桨水动力性能的影响分析

船舶力学 2021年第7期25卷 891-898页

作者：王文全胡笑寒王诗洋张祥瑞中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

本文采用基于RANS方程的数值波浪水池和数值拖曳水池技术,针对四桨两舵船模,开展了带有纵摇运动的自航CFD模拟研究。首先开展了静水中的船模阻力和自航CFD模拟,并通过与模型试验结果的比较,初步验证了本文的CFD模拟方法;随后开展了不同... 详细信息

本文采用基于RANS方程的数值波浪水池和数值拖曳水池技术,针对四桨两舵船模,开展了带有纵摇运动的自航CFD模拟研究。首先开展了静水中的船模阻力和自航CFD模拟,并通过与模型试验结果的比较,初步验证了本文的CFD模拟方法;随后开展了不同运动周期的耦合运动响应的船模自航CFD模拟,对该种状态下船模的阻力、运动响应和船后螺旋桨的推力、扭矩等进行了分析,获得了有关变化特性。本文的研究工作,包括对于运动中舰船的快速性研究和预报等,具有一定的指导意义和参考价值。

关键词：纵摇自航 CFD模拟

基于灰色动态MGM(1，n)模型的舰船纵摇-升沉运动预报

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船舶力学 2008年第1期12卷 31-36页

作者：李积德王淑娟李焱沈继红哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨150001

舰船在实际海况中的运动因受到各种因素的影响而非常复杂,六个自由度之间相互耦合构成一个复杂的系统,因此建立描述舰船运动的系统模型并对各自由度运动进行实时预报具有非常重要的意义。灰色MGM(1,n)模型用微分方程的形式表现了一个系... 详细信息

舰船在实际海况中的运动因受到各种因素的影响而非常复杂,六个自由度之间相互耦合构成一个复杂的系统,因此建立描述舰船运动的系统模型并对各自由度运动进行实时预报具有非常重要的意义。灰色MGM(1,n)模型用微分方程的形式表现了一个系统中n个因素对某个因素变化率的影响,可以用于对非线性复杂系统的系统预测。通过对灰色系统理论的学习发现对原始数据用极差变换进行预处理后会更适合MGM(1,n)模型的拟合,为模型预测打下了良好的基础。在充分的理论研究基础上,本文对船模水池试验获得的纵摇、升沉运动数据以及海浪数据进行极差变换后建立灰色MGM(1,n)模型,并对纵摇、升沉进行非线性预报,得到了较好的效果。

关键词：舰船运动纵摇升沉极差变换灰色MGM(1 n)模型非线性预报

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舰船纵摇突变对舰面流场的影响

空气动力学学报 2021年第3期39卷 80-89,I0002页

作者：李通王逸斌赵宁南京航空航天大学非定常空气动力学与流动控制工业和信息化部重点实验室南京210016

舰船在海上航行时会受到海浪的影响而产生横摇、纵摇等不同方向上的运动,同时海浪的随机性也会造成舰船摇摆参数发生变化,扰乱舰面流场,增加舰载直升机在甲板上方作业的危险性。为了保障舰载直升机在舰船上的起降和其他甲板作业的安全性... 详细信息

舰船在海上航行时会受到海浪的影响而产生横摇、纵摇等不同方向上的运动,同时海浪的随机性也会造成舰船摇摆参数发生变化,扰乱舰面流场,增加舰载直升机在甲板上方作业的危险性。为了保障舰载直升机在舰船上的起降和其他甲板作业的安全性,现基于两栖攻击舰的简化模型,通过计算流体力学方法,在纵摇状态下对舰面流场进行数值模拟,将不规则的纵摇运动简化为具有周期性的简谐运动,采用动网格方法来实现舰船的摇摆。首先定性分析了甲板上方涡结构的发展以及舰船纵摇周期和振幅的突变对流场结构带来的影响,其次通过垂向速度的变化对动态舰面流场做了进一步的定量分析。结果表明:当舰船突然开始纵摇或纵摇周期减半后,上层建筑和舰尾附近的位置要滞后于舰首一段时间才能建立起周期性流动,同时纵摇的加速导致了流场的恶化。当纵摇振幅减半后,相当于舰船的"静息期",流场变化平缓,垂向速度变化范围明显减小,有利于舰载直升机的降落。对于不同的纵摇状态,甲板上方各观测点垂向速度的波动都随高度的降低而增强,特别是舰首靠近甲板区域的波动最强。舰载机飞行员在进行甲板作业时应针对纵摇突变带来的影响,及时采取相应措施以保障作业安全。

关键词：计算流体力学数值模拟舰面流场非定常动网格纵摇