本文利用快速多極子面元法的高效性與精確性,對近水面潛體在水平面曲線運(yùn)動過程中的時域興波勢流問題展開研究。首先確定了自由面網(wǎng)格密度及時域更新方法以保證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性,探索了橢球潛體在水下做直線運(yùn)動與曲線運(yùn)動時阻力系數(shù)與升力系數(shù)變化的區(qū)別,明確了曲線運(yùn)動過程中各項系數(shù)的變化規(guī)律,并針對不同的偏航角度的興波特性進(jìn)行比較,研究偏航角度大小對于潛體興波阻力、升力以及表面興波波形的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)偏航角較大時,表面興波對曲線運(yùn)動潛體所受阻力和升力影響均非常顯著;隨著偏航角度的變大,各波系間的相互作用更加明顯,表面波形更為復(fù)雜,導(dǎo)致了興波阻力激增,阻力及升力曲線均出現(xiàn)大幅波動且不對稱性。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

自由面網(wǎng)格實時加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime

h/l=0.16，潛體興波的Froude數(shù)均為0.5，即速度U=1.566m/s，偏航角度α0=π/9。其中網(wǎng)格密度為0.2與0.1的算例中，潛體在t=26s時刻生成波形圖如圖5所示�？梢悦黠@觀察到密度0.2網(wǎng)格的波浪，特別是在波高急劇變化的區(qū)域，光順程度不及密度0.1網(wǎng)格，并且在潛體尾部一定距離處會損失很多波浪成分，尾部波浪衰減比較厲害。3種網(wǎng)格得到的各水動力系數(shù)比較如圖6所示。對于興波阻力系數(shù)，0.2網(wǎng)格算例與0.133網(wǎng)格算例相差較大。y方向的CDy系數(shù)上，盡管變化周期相同，但幅值有20%左右的誤差；在x方向的CDx系數(shù)上，變化趨勢相同，每個周期中的最高點(diǎn)相近，但最低點(diǎn)仍有一定的誤差。對于升力系數(shù)，0.2網(wǎng)格算例與0.133網(wǎng)格算例在幅度上同樣具有較大差別。而網(wǎng)格密度0.1算例與網(wǎng)格密度0.133算例得到各項系數(shù)隨時間的曲線基本重合，故可以認(rèn)為網(wǎng)格密度0.1算例的計算結(jié)果可信，達(dá)到網(wǎng)格收斂。因此，后文中所有算例對自由表面離散均采用網(wǎng)格密度0.1，即數(shù)量為500*140的自由面網(wǎng)格。圖3自由面網(wǎng)格實時加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime圖4橢球體表面網(wǎng)格Fig.4surfacegridoftheellipsoid圖5t=26s自由面波形及網(wǎng)格圖像Fig.5Freesurfacesandgridsatt=26s圖6不同密度網(wǎng)格下的水動力參數(shù)Fig.6Hydrodynamicparametersatdifferentgriddensity第42卷孫博偉，等：曲線運(yùn)動潛體近水面興波時域研究·21·

h/l=0.16，潛體興波的Froude數(shù)均為0.5，即速度U=1.566m/s，偏航角度α0=π/9。其中網(wǎng)格密度為0.2與0.1的算例中，潛體在t=26s時刻生成波形圖如圖5所示。可以明顯觀察到密度0.2網(wǎng)格的波浪，特別是在波高急劇變化的區(qū)域，光順程度不及密度0.1網(wǎng)格，并且在潛體尾部一定距離處會損失很多波浪成分，尾部波浪衰減比較厲害。3種網(wǎng)格得到的各水動力系數(shù)比較如圖6所示。對于興波阻力系數(shù)，0.2網(wǎng)格算例與0.133網(wǎng)格算例相差較大。y方向的CDy系數(shù)上，盡管變化周期相同，但幅值有20%左右的誤差；在x方向的CDx系數(shù)上，變化趨勢相同，每個周期中的最高點(diǎn)相近，但最低點(diǎn)仍有一定的誤差。對于升力系數(shù)，0.2網(wǎng)格算例與0.133網(wǎng)格算例在幅度上同樣具有較大差別。而網(wǎng)格密度0.1算例與網(wǎng)格密度0.133算例得到各項系數(shù)隨時間的曲線基本重合，故可以認(rèn)為網(wǎng)格密度0.1算例的計算結(jié)果可信，達(dá)到網(wǎng)格收斂。因此，后文中所有算例對自由表面離散均采用網(wǎng)格密度0.1，即數(shù)量為500*140的自由面網(wǎng)格。圖3自由面網(wǎng)格實時加密Fig.3Freesurfacemeshencryptioninrealtime圖4橢球體表面網(wǎng)格Fig.4surfacegridoftheellipsoid圖5t=26s自由面波形及網(wǎng)格圖像Fig.5Freesurfacesandgridsatt=26s圖6不同密度網(wǎng)格下的水動力參數(shù)Fig.6Hydrodynamicparametersatdifferentgriddensity第42卷孫博偉，等：曲線運(yùn)動潛體近水面興波時域研究·21·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多極子面元法近水面橢球體興波時域研究[J]. 沈王剛,鄭堯坤,林志良.  艦船科學(xué)技術(shù). 2018(15)
[2]潛體近水面航行興波阻力計算[J]. 楊向暉,葉恒奎,劉娟,馮大奎.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(04)
[3]近水面潛體興波阻力的數(shù)值預(yù)報和收斂性分析[J]. 韓端鋒,黃德波.  船舶力學(xué). 2005(01)

博士論文
[1]比例邊界有限元法及快速多極子邊界元法的研究與應(yīng)用[D]. 林志良.上海交通大學(xué) 2010



本文編號：3462453