双折角滑行艇阻力及运动性能研究

摘要

滑行艇的发展由来已久，特别是常规单体艇，该种艇型在风浪中易遭受较大的失速和较为严重的航行拍击，从而航行区域受到限制，而滑行艇在军用领域应用较为广泛，因而对军用领域的发展也受到很大的限制。同时高速时阻力值增加迅速，耐波性较差。解决该类问题，可以通过改变艇型的方式。
　　本文采用Taunton的模型试验中所测试的C系列单体滑行艇模型作为母型艇型，该系列艇型建立在对世界主流高速艇艇型参数的统计之上。参考母型船艇型，在系列单体滑行艇模型基础上，在舭部形成两对折角线，建立起新的艇型，即双折角滑行艇。在原母型船模型基础上形成的第二对折角线与第一折角线间在宽度方向的匹配，两折角线间滑行面斜升角、以及在舭部折角线间压浪条高度三个参数是本文讨论的重点，它们对这种新艇型在不同滑行阶段阻力以及耐波性都有一定的影响。因此如何取得最优的流体动力性能，有必要对该种新艇型进行初步研究。论文中采用基于有限体积法(FVM)的商业CFD软件STAR-CCM+对其水动力特性开展研究和分析。
　　首先，在所建立的数值船池中，采用动网格技术，找到适宜于中高速单体滑行艇的数值模拟方案。根据已经得到的船模在静水中航行的试验数据与数值模拟的计算值的比较，验证了本文采用的CFD计算方案的有效性和可靠性。
　　其次，对双折角滑行艇艇型进行介绍，利用CFD技术分析其在静水中的水动力特性。通过与普通系列折角线宽度不同的单体滑行艇在阻力、艇体航行姿态、艇体自由液面兴波、艇底压力分布等方面的比较，分析在静水航行时水动力异同，说明双折角滑行艇在阻力方面的优势。
　　之后，通过对舭部水气两相分布和压力情况分析，阐明了舭部的水动力作用机理。通过对双折角滑行艇折角线宽、两折角线间过渡滑行面的斜升角和舭部压浪条高的增量研究对阻力性能的影响，探究出合适的舭部艇型参数。
　　最后根据造波技术与消波技术在STAR-CCM+中完成三维波浪水池的建立，在三维波浪水池对双折角滑行艇规则波中迎浪状态下运动特性进行研究。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究目的及意义

1．2国内外滑行艇研究现状

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3论文的主要研究内容

第2章滑行艇数值计算方案研究

2．1数值模拟基本原理

2．1．1控制方程

2．1．2湍流模型

2．1．3壁面函数

2．1．4自由液面模拟

2．2滑行艇阻力试验

2．2．1模型介绍

2．2．2试验结果

2．3计算域的选取及边界条件设置

2．4网格划分

2．5CFD计算方案精度验证

2．6本章小结

第3章双折角滑行艇水动力特性

3．1双折角滑行艇艇型介绍

3．2双折角滑行艇水动力特点

3．2．1阻力随速度的变化规律

3．2．2艇体姿态随速度的变化规律

3．2．3舭部两折角间滑行面垂向升力随速度的变化规律

3．2．4艇体周围兴波随速度的变化规律

3．2．5艇底压力分布随速度的变化规律

3．3双折角滑行艇与常规单一折角滑行艇的对比

3．3．1艇型对比

3．3．2阻力对比

3．3．3航行姿态对比

3．3．4自由液面兴波对比

3．3．5艇底压力分布对比

3．4本章小结

第4章双折角滑行艇静水阻力影响因素分析

4．1双折角艇体折角线宽对艇体阻力性能的影响

4．1．1折角线宽对阻力和姿态的影响

4．1．2折角线宽对艇体舭部水动力性能的影响

4．2两折角线之间滑行面斜升角对艇体阻力性能的影响

4．2．1折角线间滑行面斜升角对阻力和姿态的影响

4．2．2折角线间滑行面斜升角对艇体舭部水动力性能的影响

4．3舭部压浪条高度对艇体阻力性能的影响

4．3．1压浪条高度对阻力和姿态的影响

4．3．2压浪条高对艇体舭部水动力性能的影响

4．4本章小结

第5章双折角滑行艇迎浪状态下的运动特性

5．1数值水池

5．1．1造波技术

5．1．2消波技术

5．2数值波浪的模拟

5．2．1波浪理论

5．2．2网格设置

5．2．3规则波数值模拟比较

5．3双折角滑行艇迎浪情况下数值结果分析

5．3．1双折角滑行艇在规则波中的垂荡和纵摇

5．3．2双折角滑行艇在规则波中的重心加速度

5．3．3系列双折角艇体波浪中运动响应对比

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢