载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究

摘要

舰载机在载机舰上起飞降落时,需要舰船提供安全的气流场。因载机舰航行于海域中,在海浪的作用下要做摇摆运动,甚至是大幅摇摆运动,因此,真实的载机舰上气流场要受到风、浪、舰船运动的影响,只有对真实的流场气流场进行模拟,才能对气流场的分布、质量进行评估,进而指导船舶设计和舰载机指挥,为舰载机安全起降提供保障。
　　 本文应用粘性流体力学理论,在气液两相交接的海表面数值模拟中选用VOF法,采用κ-ε湍流模型,分别探讨了载机舰-3°至3°横摇运动、-1.5°至1.5°纵摇运动及左20°右20°范围内斜风、斜浪作用下的气流场,以及迎风、迎浪作用下的气流场。针对上述情况分别探讨了网格划分及其质量,计算结果的收敛性等,模拟了载机舰的气流场的分布。探讨了舰船的摇摆运动、风、浪作用对气流场的影响。
　　 研究表明,横摇角度变化对于载机舰甲板上方的气流场影响很小,纵摇运动会引起上翘甲板与船艉的气流场明显改变,纵摇角为负使尾部的空气速度变大,船体后面的兴波与甲板间会产生气流漩涡,不利于飞机的着舰;纵摇角为正使艏部的空气速度变大,并且,角度越大空气速度越大。斜风、斜浪对载机舰气流场的影响研究表明,舰船在左、右20°斜风、斜浪作用时,载机舰甲板上方横向风速已经超过了舰载机安全起飞的极限作业值,并且船艏来流一侧波浪较高,会在上翘甲板旁产生漩涡。载舰机在迎风、迎浪中的气流场数值模拟表明,采用入射边界法,进行在风、浪联合作用下气流场数值模拟是可行的。
　　 本文工作为进一步从事更加深入的研究奠定了基础,为相关研究提供可供参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本文研究的目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 船舶CFD的发展

1.2.2 CFD软件及应用

1.2.3 舰船气流场的国内外研究状况

1.3 本文主要工作

第2章 基本理论和数值方法

2.1 控制方程

2.2 湍流模型

2.3 边界条件

2.4 VOF方法

2.5 网格划分

2.6 波浪理论

2.6.1 线性自由表面边界条件

2.6.2 液体质点运动情况

2.7 本章小结

第3章 舰船运动对甲板气流场的影响研究

3.1 模型的建立

3.2 控制域

3.3 网格划分

3.4 边界设置

3.5 数值计算及结果

3.5.1 横摇直航下的气流场计算结果

3.5.2 纵摇直航下的气流场计算结果

3.6 本章小结

第4章 斜风、斜流作用下的甲板气流场模拟及分析

4.1 控制域选取

4.2 边界条件选取

4.3 计算结果

4.4 本章小结

第5章 迎风、迎浪作用下的气流场模拟及分析

5.1 波浪的数值模拟

5.1.1 模型的建立和网格的划分

5.1.2 控制域和边界条件

5.1.3 波浪衰减探讨

5.2 风、浪的数值模拟

5.2.1 控制域探讨

5.2.2 边界条件探讨

5.2.3 计算结果及比较

5.3 船舶在风浪中的数值模拟

5.3.1 模型的建立与网格的划分

5.3.2 控制域与边界条件的设置

5.3.3 计算结果

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