根據(jù)船舶操縱大范圍運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),基于自主研發(fā)的HUST-Ship黏性流無(wú)因次化CFD（計(jì)算流體力學(xué)）求解器,以移動(dòng)計(jì)算域和全結(jié)構(gòu)化重疊網(wǎng)格技術(shù)為支撐,提出一種船舶操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池參數(shù)化建模方法和網(wǎng)格生成技術(shù).該數(shù)值水池以水線長(zhǎng)為特征長(zhǎng)度,以主尺度為輸入,在船體及自由面附近根據(jù)大量計(jì)算驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)積累自動(dòng)給出網(wǎng)格分布規(guī)律,建立無(wú)因次操縱性水池.該技術(shù)有效地提高了建模和網(wǎng)格生成的效率,減輕了網(wǎng)格生成的工作量及網(wǎng)格分布帶來(lái)的數(shù)值計(jì)算的不確定性.以標(biāo)模5415和KCS（KRISO集裝箱船）為對(duì)象,進(jìn)行了回轉(zhuǎn)與Z形仿真,仿真與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明參數(shù)化船舶操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池預(yù)報(bào)結(jié)果滿足數(shù)值預(yù)報(bào)的精度要求. 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,48(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

重疊網(wǎng)格示意圖1.3六自由度運(yùn)動(dòng)模塊

船自由自航模型操縱性預(yù)報(bào)．3船舶操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池應(yīng)用為驗(yàn)證船舶操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池參數(shù)化建模方法的可靠性，選取具有可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的國(guó)際標(biāo)模對(duì)其水動(dòng)力性能進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M，將得到的仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池的可靠性．3.1靜水回轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證選取國(guó)際標(biāo)模DTMB5415M進(jìn)行操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池的驗(yàn)證，基于操縱性試驗(yàn)要求對(duì)其進(jìn)行回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的仿真，仿真工況為在Fr=0.41工況下，進(jìn)行右舵35°的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)．DTMB5415M幾何模型和網(wǎng)格劃分分別如圖6所示．圖6DTMB5415M靜水回轉(zhuǎn)網(wǎng)格模型在自主研發(fā)的船舶數(shù)值試驗(yàn)水池參數(shù)化建模軟件平臺(tái)中選擇水池類型為靜水操縱性水池，并在軟件界面內(nèi)輸入特征參數(shù)，即船舶的垂線間長(zhǎng)Lpp=4.002m，船寬B=0.537m，吃水d=0.173m，參數(shù)化自動(dòng)生成所需的船舶靜水操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池．運(yùn)用HUST-Ship重疊程序?qū)⒋胺湃肷傻臄?shù)值水池中進(jìn)行網(wǎng)格重疊．將得到的數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ洼斎際UST-Ship無(wú)量綱化求解器，進(jìn)行回轉(zhuǎn)操縱試驗(yàn)的仿真模擬．計(jì)算中螺旋槳推力模塊采用體積力[4]來(lái)替代，其推力大小依據(jù)螺旋槳敞水試驗(yàn)下的進(jìn)速系數(shù)、推力系數(shù)、扭矩系數(shù)結(jié)果確定，其中螺旋槳進(jìn)速用船舶的航速替代．整個(gè)數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M過(guò)程中保持轉(zhuǎn)速不變，首先船舶在水池中自航達(dá)到穩(wěn)定的航速，然后在該狀態(tài)下開(kāi)始進(jìn)行回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)值模擬．整個(gè)過(guò)程的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)策略為：舵和船體網(wǎng)格作為整體考慮做六自由度運(yùn)動(dòng)，操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池網(wǎng)格隨船體的直航運(yùn)動(dòng)向前移動(dòng)，在船體開(kāi)始進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，數(shù)值水池會(huì)隨著船體的回轉(zhuǎn)軌跡移動(dòng)．圖7為國(guó)際標(biāo)模DTMB5415M在操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池中靜水回轉(zhuǎn)試驗(yàn)仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果[12]的對(duì)?

p無(wú)量綱化求解器，進(jìn)行回轉(zhuǎn)操縱試驗(yàn)的仿真模擬．計(jì)算中螺旋槳推力模塊采用體積力[4]來(lái)替代，其推力大小依據(jù)螺旋槳敞水試驗(yàn)下的進(jìn)速系數(shù)、推力系數(shù)、扭矩系數(shù)結(jié)果確定，其中螺旋槳進(jìn)速用船舶的航速替代．整個(gè)數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M過(guò)程中保持轉(zhuǎn)速不變，首先船舶在水池中自航達(dá)到穩(wěn)定的航速，然后在該狀態(tài)下開(kāi)始進(jìn)行回轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)值模擬．整個(gè)過(guò)程的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)策略為：舵和船體網(wǎng)格作為整體考慮做六自由度運(yùn)動(dòng)，操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池網(wǎng)格隨船體的直航運(yùn)動(dòng)向前移動(dòng)，在船體開(kāi)始進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，數(shù)值水池會(huì)隨著船體的回轉(zhuǎn)軌跡移動(dòng)．圖7為國(guó)際標(biāo)模DTMB5415M在操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池中靜水回轉(zhuǎn)試驗(yàn)仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果[12]的對(duì)比，包括回轉(zhuǎn)圈軌跡和橫搖角φ．定常回轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定橫傾角(φR)的試驗(yàn)值為2.02°，仿真結(jié)果為1.99°．表1中定�；剞D(zhuǎn)直徑D、縱距Ad和橫距Tr均用Lpp進(jìn)行無(wú)因次化，即回轉(zhuǎn)直徑、縱距和橫距均用多少倍垂線間長(zhǎng)表示．從表1可以看出：在回轉(zhuǎn)操縱數(shù)值仿真中得到的船體重心運(yùn)動(dòng)軌跡、橫搖的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果符合良好，其時(shí)域曲線變化趨勢(shì)相同，且對(duì)回轉(zhuǎn)操縱中的回轉(zhuǎn)直徑的誤差小于1%．可以發(fā)現(xiàn)：基于參數(shù)化建模方法生成的船舶操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池能夠?qū)Υ盎剞D(zhuǎn)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)良好地仿真，并能夠得到精度較高的結(jié)果．圖7操縱性數(shù)值試驗(yàn)水池中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)仿真與試驗(yàn)結(jié)果表1回轉(zhuǎn)特征參數(shù)對(duì)比監(jiān)測(cè)值仿真結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果誤差/%D/Lpp4.7164.6830.71Ad/Lpp3.1733.0992.39Tr/Lpp2.0611.9933.413.2靜水Z型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證選取國(guó)際標(biāo)模KCS[13]為計(jì)算對(duì)象，螺旋槳采用Marine5533，進(jìn)行Z型操縱性數(shù)值試驗(yàn)的驗(yàn)證，在Fr=0.26，航速為2

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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