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不同布置形式下多船编队阻力性能的数值模拟

中国造船 2024年第1期65卷 237-248页

作者：邹燕林李鹏飞蔡子超姚朝帮冯大奎华中科技大学船舶与海洋工程学院武汉430074 船舶和海洋水动力学湖北省重点实验室武汉430074

多船编队航行是目前发展十分迅速的一种船舶航行方式,合理设置编队的布置形式可降低能耗和提高船舶续航力。论文围绕多船编队的编组形式及其静水阻力性能进行分析,采用VOF方法捕捉自由液面,选取标准的k-ε湍流模型封闭RANS方程,针对单... 详细信息

多船编队航行是目前发展十分迅速的一种船舶航行方式,合理设置编队的布置形式可降低能耗和提高船舶续航力。论文围绕多船编队的编组形式及其静水阻力性能进行分析,采用VOF方法捕捉自由液面,选取标准的k-ε湍流模型封闭RANS方程,针对单船阻力开展数值仿真并对网格与时间步长进行独立性分析,将仿真结果与试验结果进行比较,验证了数值方法的可靠性。在单船仿真结果的基础上,计算了3船分别呈纵向和三角形编队时的阻力特性,通过3船编队航行的流场特性分析揭示了船-船之间的兴波与尾流干扰对编队阻力的影响规律。结果表明,纵向编队时合理利用上游船舶的低速尾流和产生的有利兴波干扰可以减少编队船舶的阻力,而三角形编队可合理利用中船与侧向船舶之间的有利兴波干扰减少侧船阻力。

关键词：编队航行减阻船舶尾流兴波干扰

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浅海中船舶尾流产生的感应电磁场

哈尔滨工程大学学报 2014年第8期35卷 931-935页

作者：张伽伟姜润翔龚沈光海军工程大学兵器工程系湖北武汉430033

为了完善船舶电磁场的特性研究,为船舶水下远程探测和特征信号控制提供参考,利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,得到了浅海中船舶尾流感应电磁场的数学模型,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析。重点分析了尾流感应电磁场... 详细信息

为了完善船舶电磁场的特性研究,为船舶水下远程探测和特征信号控制提供参考,利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,得到了浅海中船舶尾流感应电磁场的数学模型,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析。重点分析了尾流感应电磁场的水下特性,结果显示感应电磁场信号在水下具有良好的特性:长波长、低频率,持续时间长,距离越远幅值衰减速度越小,功率谱为线谱,可用于船舶的远程水下探测。海上实测船舶尾流感应电场数据与理论仿真对比表明,实测数据的量级、变化趋势和功率谱均与理论模型的计算结果一致,证明了理论模型的正确性。

关键词：浅海船舶尾流感应电磁场麦克斯韦方程组水下特性远程水下探测电磁场信号

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船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型

船舶力学 2010年第11期14卷 1195-1201页

作者：田恒斗金良安迟卫海军大连舰艇学院辽宁大连116018

针对尾流气泡运动过程中上浮速度与半径变化互相影响的动态耦合问题,分析了气泡的受力情况,考虑到非恒定Basset力的影响,得出了气泡瞬态加速度模型;并在气泡传质模型中引入非平衡传质理论,得出了气泡的瞬态非平衡传质模型;进而依据气泡... 详细信息

针对尾流气泡运动过程中上浮速度与半径变化互相影响的动态耦合问题,分析了气泡的受力情况,考虑到非恒定Basset力的影响,得出了气泡瞬态加速度模型;并在气泡传质模型中引入非平衡传质理论,得出了气泡的瞬态非平衡传质模型;进而依据气泡质量变化率实现了两模型的耦合,以此构建了完整的船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型。计算结果表明,Basset力对运动初始阶段的速度变化影响显著,而引入非平衡传质理论的计算结果与实验吻合更好。

关键词：船舶尾流气泡上浮运动模型非平衡传质 Basset力

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基于合成孔径雷达的船舶尾流成像仿真

电子设计工程 2022年第16期30卷 65-69,74页

作者：张杰马元魁张建生薛鹏翔西安工业大学陕西西安710021

基于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像原理及技术,以点目标作为基本研究对象,进一步扩展为对船舶尾流进行探测成像。采用距离多普勒算法通过Matlab建立了SAR模拟检测过程,对二维尾流进行模拟成像;得到了尾流的SAR二维仿... 详细信息

基于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像原理及技术,以点目标作为基本研究对象,进一步扩展为对船舶尾流进行探测成像。采用距离多普勒算法通过Matlab建立了SAR模拟检测过程,对二维尾流进行模拟成像;得到了尾流的SAR二维仿真图像,通过将原图像与SAR图像中的尾流横波进行对比并分析误差,可知当SAR分辨率为1 m时,对于长度为50 m的目标其识别误差为1%~5%,该方法可以有效探测船舶尾流形态及尺寸,可用于尾流反演研究,以判断船舶航行状态。

关键词：合成孔径雷达船舶尾流距离多普勒算法 Matlab仿真

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船舶尾流模拟气泡的前向光散射特性研究

舰船科学技术 2018年第8X期40卷 16-18页

作者：李能能西安航空学院电子工程学院陕西西安710077

传统船舶散射分析模型不能有效描述气泡的感知能力。为解决此问题,设计基于船舶尾流模拟气泡的Mie前向光散射分析模型。通过散射元中波研究、衰减周期确定2个步骤,完成船舶尾流模拟气泡散射属性分析。在此基础上,通过散射系数确定、前... 详细信息

传统船舶散射分析模型不能有效描述气泡的感知能力。为解决此问题,设计基于船舶尾流模拟气泡的Mie前向光散射分析模型。通过散射元中波研究、衰减周期确定2个步骤,完成船舶尾流模拟气泡散射属性分析。在此基础上,通过散射系数确定、前向光与模拟气泡高斯拟合、反演参数确定3个步骤,完成新型船舶Mie前向光散射分析模型的搭建。设计对比实验结果显示,与传统模型相比,Mie分析模型可以有效提升船舶尾流模拟气泡在横、纵2个方向的感知能力。

关键词：船舶尾流模拟气泡前向光散射散射元中波

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船舶尾流感应电场特性研究

海军工程大学学报 2014年第4期26卷 10-13页

作者：张伽伟龚沈光贾亦卓海军工程大学兵器工程系武汉430033

用麦克斯韦方程推导了船舶尾流感应电磁场的两层模型计算公式,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析,重点分析了尾流感应电场的水下特性。仿真结果表明:感应电场信号在水下具有频率低、距离越远幅值衰减速度越小、功率谱为线谱... 详细信息

用麦克斯韦方程推导了船舶尾流感应电磁场的两层模型计算公式,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析,重点分析了尾流感应电场的水下特性。仿真结果表明:感应电场信号在水下具有频率低、距离越远幅值衰减速度越小、功率谱为线谱的特性,因此可用于船舶的远程水下探测。实测船舶电场数据表明:船舶尾流感应电场是可测的,有明显的低频特性,实测数据的量级和功率谱均与理论模型基本一致,证明了该理论模型的正确性。

关键词：船舶尾流感应电场水下特性远程水下探测

船舶尾流流速分布及其作用下抛石基床块石稳定性计算方法研究

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船舶尾流流速分布及其作用下抛石基床块石稳定性计算方法研究

作者：梁鹏飞天津大学

学位级别：硕士

抛石基床作为重力式码头和直立式防波堤的基础,对保证这两种结构形式的稳定具有关键性的作用。近年来,为满足船舶高速化和大型化的要求,船用螺旋桨的推力及其引起的射流流速也在不断增大。很多螺旋桨的射流流速已超过抛石设计起动流速,... 详细信息

抛石基床作为重力式码头和直立式防波堤的基础,对保证这两种结构形式的稳定具有关键性的作用。近年来,为满足船舶高速化和大型化的要求,船用螺旋桨的推力及其引起的射流流速也在不断增大。很多螺旋桨的射流流速已超过抛石设计起动流速,这会引发射流对抛石基床严重冲刷致使码头基础受损。目前,国内外重力式码头抛石基床遭高速水流冲刷掏空导致局部破坏的现象时有发生,严重影响了码头的工作寿命和使用安全。国内港口、海岸工程规范还未考虑这一破坏因素,所以,船舶尾流对抛石基床的冲刷影响已成为港口工程设计和施工领域亟待解决的问题。本文以研究船舶尾流冲刷作用下抛石基床块石的稳定性为目的,做了以下研究工作: （1）通过对比、分析国外物理模型实验结果、理论和经验公式,总结了螺旋桨射流流速分布的基本规律,建议了一组描述船舶尾流流速分布的经验公式。（2）利用CFD软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,计算分析了螺旋桨射流流速分布情况,与现有公式进行比对,验证了数值模拟研究的可行性。（3）建立螺旋桨射流冲刷作用下抛石基床三维数值模型,按一定规律改变螺旋桨在水中的位置,计算并分析了抛石基床影响下螺旋桨射流的流速分布规律,确定了螺旋桨在不同位置处基床表面射流最大流速和受射流冲刷影响最大的位置。（4）将数值计算结果与基于经验公式的块石稳定性计算方法进行比较,发现数值计算结果考虑了码头岸壁和抛石基床对射流流速分布的影响,以及回流对抛石基床的冲刷作用,能较好地反映真实的冲刷情况。对来流和回流作用下抛石基床表层块石的稳定重量进行分析,发现来流对抛石基床块石稳定性的影响较小,反射回流是引起块石失稳起动和基床破坏的最主要因素,总结了抛石基床遭船舶尾流冲刷的作用机理并介绍了有效的防护措施。

关键词：抛石基床船舶尾流螺旋桨射流流速分布冲刷机理数值模拟

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船舶尾流作用下抛石基床块石冲刷稳定性研究

船舶尾流作用下抛石基床块石冲刷稳定性研究

作者：孙建军天津大学

学位级别：硕士

抛石基床是重力式码头和直立式防波堤的基础。近年来,作业船舶的大型化和高速化发展,使得螺旋桨的推力以及尾流流速也越来越大。大型船舶尾流流速超过了10-100kg块石的起动流速,导致螺旋桨射流冲刷基床而致使码头损坏的情况大量增加。目... 详细信息

抛石基床是重力式码头和直立式防波堤的基础。近年来,作业船舶的大型化和高速化发展,使得螺旋桨的推力以及尾流流速也越来越大。大型船舶尾流流速超过了10-100kg块石的起动流速,导致螺旋桨射流冲刷基床而致使码头损坏的情况大量增加。目前,已有不少重力式码头出现抛石基床被大水流冲刷掏空等局部破坏的现象,给码头泊位的使用带来了严重的安全隐患。船舶尾流作用下抛石基床块石稳定性是工程实践提出的课题,其中包含的流固耦合问题研究也具有重要理论意义。本文主要工作包括以下几方面: 1.建立了抛石基床块石冲刷模拟二维有限元模型,通过有限元软件ADINA计算分析了水平面上单层块石的起动流速条件,并与现有理论成果作了比对,验证了本文建立的有限元模型的可行性。 2.提出了考虑块石之间遮掩状态影响的起动流速修正公式。块石之间不同程度的相互遮掩状态,对块石的起动流速条件有着较大的影响,本文综合考虑这一因素和块石形状的影响,提出了一个起动流速修正公式。 3.为了研究码头岸壁建筑物附近的船舶尾流流场分布状态,运用Flow-3D软件建立了螺旋桨流场数值模型。结合重力式码头断面形式和水深条件,不断改变螺旋桨在水中的位置,包括离地面的距离和距岸壁结构的远近。获得了当螺旋桨处于不同位置时尾流流场分布状况,并对各种工况进行了分析,确定了几种比较容易导致抛石基床表层块石起动的工况。 4.针对以上几种容易引起块石失稳的工况,将三维流场分布的计算结果简化为二维模型中流速荷载条件,用ADINA进行流固耦合计算。综合分析比较来流和回流作用下块石的起动条件,发现抛石基床表层块石在回流作用下更易起动。并分析了块石遭冲刷的作用机理和起动流速条件,解释了目前抛石基床遭水流冲刷出现的掏空现象。

关键词：抛石基床船舶尾流起动流速冲刷机理

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船舶尾流极化SAR成像模拟及反演

船舶尾流极化SAR成像模拟及反演

作者：鲁晓璐西安工业大学

学位级别：硕士

利用极化SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)对船舶尾流进行成像模拟与反演的主要目的在于对尾流信息的获取与处理,从而实现对海洋运动目标的检测、识别、分类与跟踪。对船舶尾流进行极化SAR成像模拟及参数反演不仅在海洋环境... 详细信息

利用极化SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)对船舶尾流进行成像模拟与反演的主要目的在于对尾流信息的获取与处理,从而实现对海洋运动目标的检测、识别、分类与跟踪。对船舶尾流进行极化SAR成像模拟及参数反演不仅在海洋环境的探测与监视方面具有重要意义,而且为国家海洋军事强国战略的推进提供了理论基础。本文基于极化理论、细长体理论、流体力学理论、海浪谱模型、相干斑噪声理论、数学形态学图像处理方法、线性反演算法,在船舶尾流及粗糙海面数学模型的建立与求解、船舶尾流极化SAR成像模拟、船舶尾流极化SAR仿真图像及真实图像的检测与反演三个方面进行了研究,完成的主要内容如下所述:1.极化SAR成像相关理论基础的综述。首先从极化和合成孔径的概念入手,阐述了极化SAR的工作原理与成像原理;其次通过对比,总结了船舶尾流光学图像与极化SAR图像的差异,重点给出了船舶尾流极化SAR的相干斑噪声图像特性;最后简要的论述了船舶尾流的分类,从尾流波散射理论和尾流波调制理论两个方面总结了不同类型的船舶尾流极化SAR的成像机理。2.基于相干斑噪声模型的船舶尾流及粗糙海面数学模型的建立与求解。首先,根据船舶细长体理论、流体力学等相关理论,建立了船舶尾流波高模型,通过模型的求解,模拟了五种不同几何尺度的船舶在航速相同时以及同一船舶在航速不同时的尾流波高,并分析了不同船舶几何尺度以及不同船舶航速对船舶尾流波高一维、二维、三维模拟结果的影响;其次,根据PM海浪谱模型建立了粗糙海面模型,运用FFT(Fast Fourier Transform)与IFFT(Inverse FFT)的方法求解模型,得到了不同海面上空风速条件下粗糙海面的模拟结果,并对不同风速下的粗糙海面进行了特性分析;最后,利用相干斑噪声模型,将船舶尾流与粗糙海面叠加后的复合粗糙表面图像进行处理,实现了船舶尾流极化SAR图像的功能模拟。3.船舶尾流极化SAR图像检测及参数反演。首先,运用数学形态学方法对船舶尾流极化SAR仿真图像与船舶尾流极化SAR真实图像进行去噪、膨胀腐蚀、边界提取预处理,保留重要的船舶尾流信息;其次,利用两种线性反演算法对预处理后的船舶尾流图像进行变换检测,并对两种算法的检测结果进行评价;最后,在MATLAB中利用像素坐标与像素长度进行反演计算,并对反演得到的船舶尾流横波波长、船舶航速的数值进行误差分析,证实了反演方法的有效性。

关键词：船舶尾流极化SAR 海浪谱相干斑噪声反演