详情

原文传递断级与槽道耦合作用下高速滑行艇水气动力特性研究

论文题名：	断级与槽道耦合作用下高速滑行艇水气动力特性研究
关键词：	滑行艇;水气动力特性;断级;槽道;耦合作用
摘要：	作为一种轻便快捷的水上交通工具，具备高速高效的运载能力是当今滑行艇艇型发展中的一个重要方向，本文中基于三体滑行艇独特的水气动力构型，通过对其气动增升效应的研究解决了常规滑行艇冲击高航速时所面临的两个关键问题——高阻力和艇体纵向失稳。而本文也正是基于这两点在细长型单体断级滑行艇的基础上开展了三体滑行艇艇型设计工作，并借助基于FVM的船舶CFD技术在处理滑行艇绕流场解析问题中的先进性，研究了槽道与断级的耦合水气动力特性以及艇体构型特征对该特性的影响机理和规律，进而发展出了系列综合航行性能优良的艇型方案。　　而相应地，数值方法在模拟高速滑行艇水气绕流场时的可信度也成为论文所需首先解决的关键问题，本文结合滑行艇在高速航行过程中的动力行为、通过将流场求解与运动求解耦合起来实现了二自由度（纵倾和升沉）静水直航运动的模拟，并基于Taunton C系列模型试验资料开展了网格收敛性研究，提高了断级滑行艇数值模拟的可靠性和可信度。　　为了分析引入气动增升效应后艇体动力行为的变化，文中借鉴了Collu在进行气动增升船水动力计算时的策略，将片体和槽道当做设置于细长型单体断级艇上的附体来处理，以此为主要思路，先开展了细长型断级滑行艇艇型的设计和水动力特性的研究，分析了断级的减阻特性与断级后空穴形态发展之间的相关性，探讨了断级的布置对其减阻和水动力特性的影响;通过模型试验进一步验证了断级设计的合理性并观测了关键的空穴形态。　　而为了避免气动增升作用下水动和气动相似准则不一所带来的干扰，通过针对实尺度主艇体绕流场所进行的模拟将模型尺度上水动力的研究拓展至实艇尺度上，对比得出了不同尺度上的断级滑行艇在流动特征上的相似性，分析了尺度效应对阻力和纵向稳定性的影响。并在实尺度上基于试验模型(40系列，斜升角为20°)设计了30和50系列（斜升角为15°和25°）以及41和42系列（折角线宽分别减小10％和20％）等不同构型的细长单体滑行艇，分析了系列模型在阻力和纵向稳定性上的差异。　　在40系列单体滑行艇的基础上通过增设片体和槽道完成了该系列三体滑行艇的设计，并分别与等宽单体滑行艇和主艇体进行了对比，分析了三体滑行艇的减阻特性以及槽道和断级的耦合作用特性，发现了片体在气动增升体系中的重要作用;进而通过针对片体构型开展的CFD增量研究，探索了片体布置和构型的差异对艇体水气混合动力特性的影响，总结了片体构型的变化与艇体阻力和纵向稳定性之间的作用规律。　　依据40系列槽道和片体的设计原则，在其余四个系列的单体滑行艇的基础上发展了具有不同主体构型的三体滑行艇艇型，通过与单体艇的计算结果的对比评估了引入气动增升效应后不同系列的艇型方案在阻力和纵向稳定性上获得的收益。依据窄体方案槽道内的兴波特性以及其在纵向稳定性上的优势，提出了新型的多折边型三体滑行艇艇型，并将其用于改善大斜升角三体滑行艇的纵向稳定性。利用所获得的片体作用规律，针对降低航行阻力，提出了30系列和多折边42系列三体滑行艇的片体改型方案;并针对进一步提升最大航速下的纵向稳定性，提出了具有多折边结构的50系列三体滑行艇的片体改型方案。
作者：	蒋一
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	胡安康
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文