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基于CFD方法的高速滑行艇流场特征及运动预报
| 论文题名： | 基于CFD方法的高速滑行艇流场特征及运动预报 |
| 关键词： | 滑行艇;运动预报;流场特征;计算流体力学 |
| 摘要： | 随着海洋强国战略的不断深入推进，我国的发展重心逐渐由陆地转向海洋。无人艇由于体型小、航速快等优势被广泛应用，不仅可以实现水文地理环境及能源勘探等功能，还可以完成目标打击、扫雷等作战任务，在军民融合的前沿阵地发挥了不可替代的作用。 由于无人艇体积小、航速高的特点，导致无人艇通常会采用滑行艇艇型。国内外学者对滑行艇研制方面进行了深入的研究。但针对滑行艇耐波性的研究大多基于传统的势流方法，其计算效率较高但难以解决流体流动分离、艏部喷溅等强非线性问题，导致计算结果精度较低。计算流体力学方法（ComputationalFluidDynamics）考虑了流体粘性的影响直接求解N-S方程，大幅度提高了计算精度。因此，本文基于CFD方法开展了滑行艇静水中快速性问题和波浪中运动预报问题的相关研究。首先以实际的滑行无人艇水动力性能需求为牵引，系统梳理了国内外研究现状以及目前存在的不足，然后分别研究了静水中滑行艇和规则波迎浪条件下滑行艇运动性能问题。本文的具体研究工作如下: 1)在滑行艇静水阻力及运动姿态问题中，本文通过水池试验得到滑行艇在静水及迎浪条件下的运动姿态。在试验数据的基础上对CFD方法进行验证，分别分析了不同船体表面网格、时间步长等参数对滑行艇静水仿真计算精度的影响。最后对不同航速、不同重心纵向位置下滑行艇静水工况进行仿真，得到滑行无人艇的静水阻力、升沉和纵倾姿态。依据仿真数据分析了重心对滑行艇静水中运动姿态的影响，并根据流场特征分析影响滑行艇水动力性能的机理。 2)在滑行艇规则波运动特性问题中，本文首先对数值造波过程中的网格数量和时间步长进行了收敛性分析。随后结合了静水中滑行无人艇数值仿真及数值造波仿真两部分内容，对滑行艇规则波迎浪问题进一步研究。文中分别探究了航速、波长、重心纵向位置对滑行艇的垂荡运动响应、纵摇运动响应及重心处垂向加速度运动响应的影响，并对比了静水姿态与规则波中运动姿态的变化规律。随后利用物理水池实验结果对比了CFD方法与势流方法计算结果的精度。最后通过艇底压力、折角处流动分离现象、流场细节等因素分析了改变滑行艇运动姿态的原因及仿真计算误差原因。 本文的研究工作可以对滑行无人艇设计和制造提供一定的参考，并对相关的单体滑行艇仿真工作也具有一定的借鉴意义。 |
| 作者： | 张镱骞 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 段文洋;朱鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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