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变结构滑行艇水动力性能数值分析与试验研究
| 论文题名： | 变结构滑行艇水动力性能数值分析与试验研究 |
| 关键词： | 三体船;滑行艇;变结构;耐波性;不稳定运动;水动力性能 |
| 摘要： | 目前，我国水面无人艇采用的主要艇型为单体滑行艇，具有结构简单，快速性好，船型成熟等特点，但是在波浪环境中耐波性较差，难以应用于高海情条件，严重限制了其执行任务的能力，急需开发一种兼顾快速性与耐波性的无人艇艇型。本文结合单体滑行艇与三体船的水动力特点，提出了一种兼具快速性与耐波性的变结构滑行艇，通过收放两侧片体使滑行艇在单体形态与三体形态之间自由转换，应对不同的海况，以解决滑行艇在恶劣海况下耐波性较差的问题。由于该艇型的三体形态区别于传统的三体滑行艇和三体船，其水动力性能特点也存在较大差异，需要开展深入研究以了解该艇型的航行性能。本文采用数值计算与模型试验相结合的方法对滑行艇静水阻力和耐波性开展了深入研究。 开展了变结构滑行艇单体与三体形态的静水直航与迎浪航行试验，以及单体形态的约束横倾试验，获取了变结构滑行艇静水中阻力与运动姿态、波浪中运动响应幅值与约束横倾状态下的横向力矩。建立了模拟滑行艇两种形态在波浪环境中航行的数值方法，并基于试验结果对数值方法的精度进行了验证。 为分析片体对变结构滑行艇水动力性能的影响，采用数值方法预报滑行艇两种形态在波浪环境中的水动力性能。在静水直航试验中，随着航速的增加片体会受到兴波影响，对滑行艇造成扰动。通过对滑行艇周围流场的数值模拟与片体对流场影响的数值分析，预报片体适用航速范围。结果表明，由于变结构滑行艇艇型区别于传统三体船，在过渡航态中片体会受到兴波干扰，片体只适用于排水与滑行航态。并且在高速航行时，片体能够推迟发生海豚运动的临界航速并减小海豚运动的振荡幅值。 为进一步分析片体在规则波中的减摇效果，数值预报滑行艇两种形态在迎浪与斜浪航行中的稳定性，模拟了在波浪环境中可能出现的不稳定运动，探讨了片体对纵向与横向稳定性的影响，并对其工作原理展开了探索。迎浪航行中，在大波高与短波长联合作用下滑行艇会发生不稳定的穿浪现象。片体可以有效减弱穿浪现象的负面影响，并在排水航态中起到减摇效果。在滑行艇发生横倾时片体能够提供额外的横向恢复力矩，减少横摇固有周期。在斜浪航行中片体能够起到减横摇效果，并减少横摇中的非线性成分。在强激励作用下滑行艇发生非线性横摇时片体能够在减摇的同时使滑行艇快速恢复稳定的姿态。 |
| 作者： | 毕效笙 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 苏玉民 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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