SWATH与稳定鳍水动力干扰及性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hiwola
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由于水线面积较小,小水线面双体船(SWATH)具有优异的水动力性能。比如其受波浪干扰力较小、固有周期较长,耐波性能优良,且拥有比其他传统船型更小的兴波阻力。小水线面带来好处的同时,也有一些负面影响。比如作用在其潜体上的MUNK力矩会导致船在中高航速产生严重的埋首现象,容易使船舶失去纵向运动稳定性,威胁航行安全。目前,解决这一问题的主要方式是在潜体内侧安装稳定鳍。本文将稳定鳍和SWATH周围流场进行精细模拟,对两者之间的水动力干扰展开全面研究。  SWATH稳定鳍表面流动常发生分离激发转捩的现象,为了研究转捩对鳍的升力特性及近场流动产生的影响,本文利用转捩模型对二维 NACA66水翼近场流动进行了计算分析。计算结果显示,转捩会显著影响水翼表面的流动,在大攻角状态下,转捩还会引起涡脱落过程。转捩过程对稳定鳍的升力性能有显著影响,在计算过程中对转捩的捕捉是不可缺少的。  由于 SWATH的船型较为特殊,其水动力性能与其他传统船型有很大区别。为了对SWATH的水动力特性有一个全面的了解,本文对SWATH近场流动进行计算,通过计算得到SWATH船模阻力、纵倾、升沉随航速变化的曲线。计算结果显示,SWATH片体之间兴波干扰呈现非线性特征,船体表面压力分布、片体之间的兴波干扰与SWATH阻力及航行姿态之间有着密切的联系。对阻力而言,当片体之间形成有利兴波干扰时,SWATH阻力小于单体船,而在大部分情况下,片体之间的不利的兴波干扰以及船艉边界层变厚会造成阻力增加。对航行姿态而言,船艉的波峰位置会对SWATH的纵倾产生明显影响。  稳定鳍与SWATH之间存在着复杂的水动力干扰。船体会影响稳定鳍的升力,而稳定鳍也会改变SWATH的航行性能。本文对加装稳定鳍的SWATH航行性能进行计算,并对两者之间的水动力干扰进行精细的计算和分析。计算结果显示,船模的阻力、纵倾、升沉计算结果与试验结果吻合良好。安装稳定鳍会使 SWATH阻力增加,纵倾得到改善,升沉有所减小。对船模周围流场流动深入分析发现,船体对稳定鳍近场流动具有重要影响。分析稳定鳍安装位置附近流场流动发现,稳定鳍上方兴波形状会影响鳍近场流动从而改变鳍的有效攻角。这种对稳定鳍的升力影响,造成SWATH的纵倾曲线成现强烈的波动特性。稳定鳍对船体周围流场的流动也会产生干扰作用。由于艉鳍距离螺旋桨盘面较近,导致船艉伴流系数增加,艉鳍产生的翼尖涡流会使船后伴流场的涡量增加。不仅船体与稳定鳍之间存在干扰,艏鳍也会改变艉鳍附近的流动。艏鳍攻角的改变会影响的有效攻角,从而影响艉鳍的升力性能。  总之,本文对稳定鳍及SWATH近场流动进行了深入的分析研究,在此基础上阐明了两者之间复杂的水动力干扰机理,提出了一套完整的对SWATH及稳定鳍理论预报和评价方法。
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