基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究 被引量：2

1

作者 王浩天 向巩 +1 位作者 袁在思 向先波 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第4期186-196,共11页

[目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流... [目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流量修正后的2种体积力分布模型的模拟精度。[结果]结果显示,2种改进体积力法在敞水工况下其总推力系数的平均相对误差均为5%左右;在艇后工况下,前进合力的平均相对误差分别为1.8%和11.6%。[结论]研究表明,基于改进体积力法的导管螺旋桨在敞水和艇后工况下的模拟精度较传统体积力法有较大的提升,能准确实现对导管螺旋桨水动力性能的数值模拟,可为水下航行器高效、动态的操纵性仿真奠定基础。 展开更多

关键词 改进体积力法 导管螺旋桨 流量修正 分布修正 计算流体动力学

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浮筏隔振系统动力学建模与软件开发 被引量：1

2

作者 陈森 万志威 +2 位作者 朱翔 李天匀 张威 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第4期14-20,共7页

现代舰船机电设备多采用大型浮筏隔振系统进行动力设备的隔振与冲击隔离。基于多刚体动力学理论,建立复杂空间多刚体系统动力学方程,可以用于浮筏系统方案设计阶段的摇摆、振动与抗冲击计算。首先建立各子系统的动力学方程,再通过各子... 现代舰船机电设备多采用大型浮筏隔振系统进行动力设备的隔振与冲击隔离。基于多刚体动力学理论,建立复杂空间多刚体系统动力学方程,可以用于浮筏系统方案设计阶段的摇摆、振动与抗冲击计算。首先建立各子系统的动力学方程,再通过各子系统的组装得到整个系统的动力学方程。系统的刚度和阻尼矩阵均可以通过方向余弦矩阵R、迁移变换矩阵T等矩阵之间的基本运算得到,无须矩阵求导和方程线性化。理论推导得到的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵与有限元法生成的质量、刚度、阻尼矩阵完全一致,验证本方法建模的准确性。在此基础上,在MATLAB环境下用App Designer开发一款浮筏隔振系统静、动态分析软件,可对浮筏隔振系统的静力、摇摆、振动与抗冲击性能进行快速预报,结果与有限元法计算结果吻合良好。该软件有望解决浮筏隔振系统在初期设计阶段计算周期长且繁琐的难题。 展开更多

关键词 振动与波 浮筏隔振系统 多刚体动力学建模 隔振评估 抗冲击 软件开发

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敷设抗冲覆盖层的双层圆柱壳抗冲性能研究

3

作者 师子锋 伍世杰 +2 位作者 殷彩玉 刘敬喜 赵应龙 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第S01期62-73,共12页

[目的]旨在研究双壳体潜艇非接触水下爆炸下的抗冲性能,提出在壳体表面敷设抗冲覆盖层的防护方法,以内壳冲击响应为评价指标,研究不同敷设方式下的抗冲击效能。[方法]采用声−固耦合法,建立外流场−外壳体−舷间水−内壳体的非线性流−固耦... [目的]旨在研究双壳体潜艇非接触水下爆炸下的抗冲性能,提出在壳体表面敷设抗冲覆盖层的防护方法,以内壳冲击响应为评价指标,研究不同敷设方式下的抗冲击效能。[方法]采用声−固耦合法,建立外流场−外壳体−舷间水−内壳体的非线性流−固耦合冲击动力学模型,对内外壳外表面均敷设覆盖层(工况2)、仅内壳外表面敷设覆盖层(工况3)和仅外壳外表面敷设覆盖层(工况4)情况下的壳体冲击响应及覆盖层抗冲击效能进行对比分析。[结果]结果表明,对于工况2,内壳体迎爆面不同测点处的加速度、速度和位移峰值平均降低量分别达94.1%,81.2%和23.3%,周向和纵向微应变峰值平均降低量达67.7%和88.3%;对于工况3,相应值分别为60.4%,45.4%和−2.1%,以及34.6%和68.0%;对于工况4,相应值分别达86.7%,75.1%和20.3%,以及68.6%和77.8%。[结论]针对双壳体潜艇,在壳体上敷设抗冲覆盖层可有效降低内壳冲击响应,尤其是加速度和速度响应。在外壳体外表面上敷设覆盖层时的抗冲击效果更好。 展开更多

关键词 双壳体潜艇 水下爆炸 抗冲覆盖层

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水下气动发射装置发射性能参数灵敏度分析 被引量：5

4

作者 牛清勇 李天匀 +1 位作者 朱翔 朱显明 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期877-881,共5页

为了研究某型水下气动发射装置的内弹道性能,对主要参数的影响规律和灵敏度进行了分析。基于热力学和动力学理论建立了发射系统各部件的数学模型,再将它们综合起来得到了发射系统的整体模型。由模型计算的武器发射管内的运动时间、气瓶... 为了研究某型水下气动发射装置的内弹道性能,对主要参数的影响规律和灵敏度进行了分析。基于热力学和动力学理论建立了发射系统各部件的数学模型,再将它们综合起来得到了发射系统的整体模型。由模型计算的武器发射管内的运动时间、气瓶剩余压强与水池试验结果吻合,验证了模型的有效性。利用局部灵敏度分析法,对发射管最高膛压和武器出管速度的4个主要参数进行了影响规律分析。结果表明:影响发射过程最高膛压的最灵敏参数为武器运动初始阻力;影响武器出管速度的最灵敏参数为发射气瓶初始压强和发射阀最大开启面积。 展开更多

关键词 水下 气动 发射系统 数学模型 内弹道性能 灵敏度分析 性能参数

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“海上列车”静水及波浪中的水动力特性研究

5

作者 余嘉威 姚朝帮 +1 位作者 覃燕 张志国 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期46-52,共7页

为了研究新型多船航行概念“海上列车”在波浪中的运动特性和阻力性能,开发了一种基于功能分解的势黏流耦合方法.选取了Blunt Wigley船型为研究对象,三艘Blunt Wigley以0.1L(L为模型船长)的纵向间距串列组成多船系统.采用自主研发的势... 为了研究新型多船航行概念“海上列车”在波浪中的运动特性和阻力性能,开发了一种基于功能分解的势黏流耦合方法.选取了Blunt Wigley船型为研究对象,三艘Blunt Wigley以0.1L(L为模型船长)的纵向间距串列组成多船系统.采用自主研发的势黏流耦合求解器HUST-SWENSE与结构化动态重叠网格代码HUST-Overset耦合求解船舶在波浪中的运动.静水中单船和多船系统阻力性能对比发现:串列式“海上列车”中引导船减阻效果明显,而后续单船均有不同程度的增阻,位于最尾部位置的单船阻力增加最大.通过对波浪中单船和多船系统的运动响应、波浪增阻和不同成分波系的对比分析发现:当参数τ>0.25时,引导船的运动特性与波浪增阻特征和单船几乎相同,须根据具体航行海况调整船间纵向距离以达到减阻的目的. 展开更多

关键词 海上列车 功能分解 势黏流耦合方法 减阻 动态重叠网格

原文传递

基于多源观测的无人艇回收系统设计

6

作者 孔典 杨少龙 +1 位作者 杨立春 向先波 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第5期214-222,共9页

[目的]为可靠观测回收斗导引信息并实现无人艇(USV)的运动目标跟踪,提出一种基于多源观测的回收斗导引对接策略。[方法]在整个对接过程中,首先避开母艇尾流干扰区,完成USV航线的粗对准;然后保持航向跟踪导引线,为末端对接回收做调整准备... [目的]为可靠观测回收斗导引信息并实现无人艇(USV)的运动目标跟踪,提出一种基于多源观测的回收斗导引对接策略。[方法]在整个对接过程中,首先避开母艇尾流干扰区,完成USV航线的粗对准;然后保持航向跟踪导引线,为末端对接回收做调整准备;最后将视觉传感器和惯性导航传感器获取的数据进行滤波融合后传递给USV以计算回收导引线,USV则通过自身制导与控制完成对末端导引线的跟踪与对接回收任务。同时,设计一套基于视觉和组合导航融合的USV对接回收系统,通过自行设计实艇软硬件并进行外场湖试,验证系统设计及对接策略的可行性。[结果]试验结果显示,USV执行自主对接任务的成功率达91.6%,所提对接策略可以满足USV的高精度对接回收。[结论]所做研究可为USV回收提供关键的技术支撑。 展开更多

关键词 无人艇 对接回收 视觉导引 实艇验证

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波浪中自由自航船舶轴系功率特性的数值预报方法 被引量：2

7

作者 余嘉威 姚朝帮 +2 位作者 张志国 冯大奎 王先洲 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期119-125,共7页

[目的]为了研究船舶在波浪中约束模与自航模运动特性的差异以及船舶轴系功率特性,开展船舶波浪中自航性能数值仿真预报。[方法]首先,选取KCS船模和KP505桨模,采用URANS方法进行船舶波浪自由直航CFD模拟;然后,基于自研URANS求解器HUST-S... [目的]为了研究船舶在波浪中约束模与自航模运动特性的差异以及船舶轴系功率特性,开展船舶波浪中自航性能数值仿真预报。[方法]首先,选取KCS船模和KP505桨模,采用URANS方法进行船舶波浪自由直航CFD模拟;然后,基于自研URANS求解器HUST-Ship与自研结构化动态重叠网格代码HUSTOverset,以及改进型体积力螺旋桨推进模型,对船舶在不同波浪条件下的运动响应进行耦合求解,包括两自由度KCS约束模运动仿真和三自由度自航模自由直航仿真,并对比这2种方法预报船舶运动特性的差异;最后,采用对数分析法得出波浪中船舶自由直航功率增加的主要成分及其具体占比。[结果]KCS船模在波浪中自航时,推进效率和波浪增阻对功率增加的贡献占比分别为23%~26%和74%~77%,即波浪增阻占比较大。[结论]因此,降低波浪中功率增加的最有效方法是减小船舶运动以降低波浪增阻。 展开更多

关键词 波浪自航 轴系功率特性 改进型体积力模型 结构化动态重叠网格

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艉斜浪下船舶倾覆特性直接CFD数值模拟 被引量：2

8

作者 刘李为 余嘉威 +2 位作者 冯大奎 张志国 陈美霞 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第3期78-84,共7页

[目的]由纯稳性丧失引发的船舶倾覆是国际海事组织(IMO)针对船舶第二代完整稳性的重点研究问题之一。[方法]基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与操纵运动反馈控制模块,对带螺旋桨、带舵的自航船舶在艉斜浪下保持... [目的]由纯稳性丧失引发的船舶倾覆是国际海事组织(IMO)针对船舶第二代完整稳性的重点研究问题之一。[方法]基于黏性流理论建立CFD数值模拟方法,结合动态重叠网格技术与操纵运动反馈控制模块,对带螺旋桨、带舵的自航船舶在艉斜浪下保持航向操纵运动进行数值模拟,预报纯稳性丧失下船舶的六自由度运动,并对船舶的失稳运动及倾覆特性进行直接评估。[结果]结果显示,船舶在持续的稳性丧失情况下会产生大幅度的横摇运动,最终会因横摇角过大而导致倾覆现象的发生;在稳性丧失的状态下,船舶艏摇角显著增大,说明船舶在该状态下依靠操舵已无法有效控制船舶航向,会导致较为明显的横甩现象。[结论]所做研究表明,采用CFD方法模拟船舶失稳运动与倾覆现象准确性较高,研究成果对于研究船舶第二代完整稳性衡准具有一定的参考意义,可为纯稳性丧失的直接稳性评估方法研究提供支撑。 展开更多

关键词 船舶倾覆 纯稳性丧失 艉斜浪 数值模拟

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含周期声学黑洞梁的板架结构振动特性 被引量：1

9

作者 付俊勇 朱翔 +2 位作者 李天匀 李敬 刘文乐 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第3期21-26,33,共7页

声学黑洞结构通过使结构厚度按幂率渐变,改变结构阻抗从而调控弯曲波在结构中的波长和波速,可实现能量在黑洞区域的聚集和耗散。目前关于声学黑洞结构的研究主要是针对嵌入式声学黑洞,基于周期声学黑洞结构在部分频带良好的减振特性,将... 声学黑洞结构通过使结构厚度按幂率渐变,改变结构阻抗从而调控弯曲波在结构中的波长和波速,可实现能量在黑洞区域的聚集和耗散。目前关于声学黑洞结构的研究主要是针对嵌入式声学黑洞,基于周期声学黑洞结构在部分频带良好的减振特性,将带阻尼层的周期声学黑洞梁贴敷在薄板上,提升薄板的减振效果并起到加强板刚度的作用。采用有限元法研究带周期声学黑洞梁的板架结构的减振效果,并将其基于敷设阻尼层和黑洞梁材料进行对比分析。结果表明,含声学黑洞梁能明显削弱振动速度传递响应,较好抑制板的振动;敷设阻尼层能增强对板减振效果,且适当增加黑洞梁数量能提升结构抑振性能;钢质梁较铝质梁刚度更大,能进一步增加板架结构的抑制带宽和增强抑制效果。 展开更多

关键词 声学 周期声学黑洞 板架结构 减振特性 阻尼层

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含非贯穿直裂纹输流管道振动与模态功率流分析

10

作者 刘文乐 朱翔 +2 位作者 李天匀 付俊勇 陈树鑫 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第5期52-58,129,共8页

针对含非贯穿直裂纹输流管道的振动与模态功率流进行研究,将输流管道以Euler-Bernoulli梁模型建模并据此推导其弯曲振动方程,采用断裂力学方法将裂纹模拟成无质量的转动弹簧,用波动法分析含裂纹输流管道的自由振动特性。通过计算结果与... 针对含非贯穿直裂纹输流管道的振动与模态功率流进行研究,将输流管道以Euler-Bernoulli梁模型建模并据此推导其弯曲振动方程,采用断裂力学方法将裂纹模拟成无质量的转动弹簧,用波动法分析含裂纹输流管道的自由振动特性。通过计算结果与相关文献对比验证了该方法的可靠性。探讨裂纹位置、深度以及管内流速对固有频率的影响。基于模态功率流的概念进行算例分析,讨论裂纹位置、深度以及振动模态对模态功率流的影响,研究表明,裂纹处的模态功率流曲线产生突变,裂纹位置与深度和模态功率流密切相关。 展开更多

关键词 振动与波 输流管道 裂纹 固有频率 模态功率流

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螺旋桨直径削边振动分析软件开发

11

作者 姚月兵 金鑫 +4 位作者 李解 李家盛 张正艺 汪伟斌 付田 《造船技术》 2023年第2期1-5,共5页

为研究螺旋桨直径削边各关键参数对振动特性的影响,开发螺旋桨直径削边振动分析软件。利用有限元理论,基于Qt平台,结合MATLAB与ANSYS相关模块混合编程完成开发。以4382桨为例进行模态频率的数值预报,并与文献结果对比,误差不超过6.0%,... 为研究螺旋桨直径削边各关键参数对振动特性的影响,开发螺旋桨直径削边振动分析软件。利用有限元理论,基于Qt平台,结合MATLAB与ANSYS相关模块混合编程完成开发。以4382桨为例进行模态频率的数值预报,并与文献结果对比,误差不超过6.0%,证明该软件的程序和计算结果可信。该软件可为确定船-机-桨匹配下的振动特性最优的螺旋桨直径削边方案提供理论指导,具有良好的工程应用价值。 展开更多

关键词 螺旋桨 直径削边 振动特性 QT MATLAB ANSYS

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基于HUST-Ship的船舶操纵数值水池参数建模 被引量：7

12

作者 冯大奎 余嘉威 +1 位作者 张志国 王先洲 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期69-74,共6页

根据船舶操纵大范围运动的特点,基于自主研发的HUST-Ship黏性流无因次化CFD(计算流体力学)求解器,以移动计算域和全结构化重叠网格技术为支撑,提出一种船舶操纵性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术.该数值水池以水线长为特征长... 根据船舶操纵大范围运动的特点,基于自主研发的HUST-Ship黏性流无因次化CFD(计算流体力学)求解器,以移动计算域和全结构化重叠网格技术为支撑,提出一种船舶操纵性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术.该数值水池以水线长为特征长度,以主尺度为输入,在船体及自由面附近根据大量计算验证的经验积累自动给出网格分布规律,建立无因次操纵性水池.该技术有效地提高了建模和网格生成的效率,减轻了网格生成的工作量及网格分布带来的数值计算的不确定性.以标模5415和KCS(KRISO集装箱船)为对象,进行了回转与Z形仿真,仿真与试验结果的对比表明参数化船舶操纵性数值试验水池预报结果满足数值预报的精度要求. 展开更多

关键词 船舶操纵性 数值试验水池 参数化建模 计算流体力学 重叠网格技术

原文传递

浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟 被引量：3

13

作者 王露 李天匀 +1 位作者 朱翔 郭文杰 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2016年第6期97-103,共7页

针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩... 针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩短一半以上,提高了数值计算效率。结合改进算法研究转动圆柱绕流的流场升阻力系数、压力系数、流场速度等流体参数场随转速比的关系,揭示了一定的转动圆柱绕流动力学规律。研究结果表明,改进方法准确可靠。 展开更多

关键词 流固耦合 格子BOLTZMANN方法 浸没边界法 转动圆柱绕流

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基于边光滑有限元法的散射声场数值计算 被引量：2

14

作者 雷明 李威 +1 位作者 柴应彬 魏克难 《船海工程》 2014年第3期55-58,共4页

针对采用有限元法计算声学问题时,数值离散误差会随计算频率的增加而增加的问题,通过光滑技术对计算域进行重新划分,重新装配总刚度矩阵,适当软化有限元模型刚度,从而有效降低数值离散误差,得到更精确的计算结果。

关键词 边光滑有限元法 散射 外域问题

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给定压力形式的三维物面设计研究

15

作者 吕续舰 涂海文 +1 位作者 吴晓光 孙江龙 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期28-37,共10页

水动力性能预报问题是通过势流理论或者粘性流理论对物体表面速度、压力等参数进行计算。论文研究的是水动力逆问题,即按照一定规律给出物面压力分布,然后根据母型物面求解对应的目标物面。采用格林定理和模型修正函数,建立速度势变化... 水动力性能预报问题是通过势流理论或者粘性流理论对物体表面速度、压力等参数进行计算。论文研究的是水动力逆问题,即按照一定规律给出物面压力分布,然后根据母型物面求解对应的目标物面。采用格林定理和模型修正函数,建立速度势变化和物面修正量之间的相互约束模型,经过反复的计算迭代,给出满足压力分布要求的几何物面。考虑无限域中球和椭球的设计问题,其计算结果及其收敛过程表明该方法对于给定压力分布形式的三维设计问题具有较好的收敛性和较高的精度。 展开更多

关键词 面元法 物面设计 修正函数

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考虑船间干扰的双船操纵运动预报 被引量：1

16

作者 龙鑫 王先洲 +1 位作者 余嘉威 叶斌 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期167-178,共12页

选取DTMB5512和KCS船舶模型为研究对象,使用RANS方法进行双船相互干扰的数值模拟,并使用MMG模型和标准LOS方法(视线法)进行双船操纵运动的研究。通过网格敏感性分析验证了数值方法的可靠性。在静水中进行了不同航速、横向间距和纵向间... 选取DTMB5512和KCS船舶模型为研究对象,使用RANS方法进行双船相互干扰的数值模拟,并使用MMG模型和标准LOS方法(视线法)进行双船操纵运动的研究。通过网格敏感性分析验证了数值方法的可靠性。在静水中进行了不同航速、横向间距和纵向间距下船间干扰的CFD模拟,得到水动力干扰力和力矩。使用MMG模型分别进行了DTMB5512和KCS的回转运动模拟,并和试验结果进行比较。基于计算结果,应用标准LOS方法,建立了双船MMG模型。将DTMB5512和KCS分别设置为引导船和跟随船,并将首向角作为控制目标进行轨迹跟踪控制,得到不同航速、横向间距和纵向间距时双船操纵运动规律。 展开更多

关键词 船间干扰 双船操纵性 MMG模型 计算流体动力学 标准LOS方法

原文传递