【摘要】：氣墊船是以靜態(tài)空氣壓力支撐的一類高性能船舶,是所有船舶中流體動(dòng)力特性最為復(fù)雜的一種船型。以風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、圍裙、氣墊為基礎(chǔ)構(gòu)成的圍裙氣墊系統(tǒng)決定了全墊升式氣墊船墊升性、穩(wěn)性、快速性、耐波性與操縱性等各項(xiàng)性能。圍裙氣墊系統(tǒng)也是氣墊船區(qū)別于其他船舶的重要結(jié)構(gòu),是與各項(xiàng)總體性能最密切相關(guān)的系統(tǒng)。本文以在研項(xiàng)目“22客位全墊升式氣墊船”作為母型船,對(duì)該氣墊船的墊升性能進(jìn)行了規(guī)范計(jì)算,并分析了圍裙氣墊系統(tǒng)的主要要素對(duì)全墊升式氣墊船性能的影響。在保證計(jì)算結(jié)果精度的前提下對(duì)母型船圍裙氣墊系統(tǒng)進(jìn)行合理簡化并建立三維建模,應(yīng)用CFD方法對(duì)全墊升式氣墊船內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,將CFD計(jì)算結(jié)果與規(guī)范計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,誤差均小于7.0%。利用CFD方法計(jì)算分析阻流板的安裝位置、導(dǎo)流片的安裝位置和曲率對(duì)全墊升式氣墊船內(nèi)部流場(chǎng)主要參數(shù)的影響,得到了氣囊和氣墊壓力分布、壓心位置、總升力、艏艉囊壓比以及各部位出口的泄流系數(shù)與阻流板的安裝位置、導(dǎo)流片的安裝位置和曲率之間的關(guān)系。針對(duì)本文中母型船越峰能力不足和囊壓比低于設(shè)計(jì)值的問題提出了三種優(yōu)化方案,包括在氣囊中安裝阻流板、在風(fēng)機(jī)出口處安裝導(dǎo)流片以及同時(shí)安裝阻流板和導(dǎo)流片,并分別對(duì)三種方案進(jìn)行CFD計(jì)算。根據(jù)本文的計(jì)算結(jié)果,在距離風(fēng)機(jī)出口左壁面465mm處的氣囊中安裝阻流板進(jìn)行優(yōu)化能夠使囊壓比從1.146升高到1.226,提高6.98%,;艏艉囊壓比從0.993升高至1.056,提高了6.3%,極大地提高了母型船的越峰能力。在距離風(fēng)機(jī)出口左壁面265mm處安裝曲率ρ=1.43的導(dǎo)流片進(jìn)行優(yōu)化能夠使囊壓比從1.146升高到1.235,提高7.77%;艏艉囊壓比從0.993升高至1.063,提高7.0%。同時(shí)安裝阻流板和導(dǎo)流片優(yōu)化母型船雖然可以提高囊壓比和越峰能力,但是由于阻流板和導(dǎo)流片的相互作用,優(yōu)化結(jié)果不易控制,建議單獨(dú)使用其中一種方式優(yōu)化全墊升式氣墊船內(nèi)部流場(chǎng)。計(jì)算結(jié)果表明,本文提出的優(yōu)化方案能夠提高母型船的越峰能力和囊壓比,且本文中應(yīng)用的CFD方法和優(yōu)化方案為以后全墊升式氣墊船的研究提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U674.943
【圖文】：

第1章 緒論高性能船舶，自上世紀(jì)開始，由于其良好的兩棲性能，軍事領(lǐng)域?qū)＜业母叨汝P(guān)注[1]。氣墊船的工作原理與普通功率風(fēng)扇作為鼓風(fēng)設(shè)備，其工作原理是通過氣道迅速向體。由于氣體速度較大，氣囊手指出口較小，因此使氣成壓力較高的氣腔，像是在氣墊船與水面或地面之間加。空氣從手指出口處排出，以高速射向水面或地面會(huì)產(chǎn)獲取升力，使得自身升高或脫離水面，降低水對(duì)船體的側(cè)壁式氣墊船通過在船首和船尾布置柔性圍裙，舷側(cè)采封閉。航行時(shí)依舊是采用專門的墊升系統(tǒng)向下充氣托起和提高航速[2-4]。

“十”字形氣墊分割 “T”字形氣墊分割圖 1.2 氣墊分割形式由于氣墊船工作原理的特殊性，氣墊船氣囊、氣道布置以及氣墊的壓力分布會(huì)對(duì)氣墊船的穩(wěn)性、操縱性、抗沉性產(chǎn)生極大的影響。因此，研究氣墊船內(nèi)部流場(chǎng)分布情況對(duì)其設(shè)計(jì)具有重要意義。氣墊船正常工作狀態(tài)大體上包括墊升狀態(tài)和航行狀態(tài)兩種，在墊升狀態(tài)下，氣囊或氣道內(nèi)流場(chǎng)分布不均勻則可能導(dǎo)致氣墊船出現(xiàn)橫傾、縱傾、升沉等問題。而在此過程中，橫向和縱向分割圍裙的布置、氣囊的設(shè)計(jì)、氣道的鋪設(shè)以及船的重量分布等是影響內(nèi)部流場(chǎng)的重要因素。在航行狀態(tài)下，氣囊、氣道內(nèi)流場(chǎng)或氣墊內(nèi)壓力分布不均勻則可能導(dǎo)致氣墊船出現(xiàn)失穩(wěn)、埋首縮進(jìn)、尾部浸水、鵝卵石效應(yīng)加劇等問題[11]。而且氣墊船內(nèi)部流場(chǎng)會(huì)受到諸多因素的影響，例如船體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，風(fēng)浪干擾以及工況（越峰、登陸）等。這些因素都會(huì)影響氣墊船底部氣墊的壓力分布進(jìn)而影響氣墊船升力的變化，圍裙內(nèi)囊壓分布的變化以及船下水面波形的改變，這些變化反過來又會(huì)進(jìn)一步影響氣墊的壓力分布。因此氣墊船內(nèi)部流場(chǎng)以及氣墊的壓力分布是非常重要的研究課題，也是一個(gè)極為復(fù)雜的多自由度耦合問題[12]。本文對(duì)該問題進(jìn)行合理簡化，只研究氣墊船圍裙內(nèi)的囊壓分布、氣墊

.2.1 氣墊船國內(nèi)外發(fā)展概況英國是氣墊船技術(shù)的發(fā)源地，氣墊船的概念最早在上世紀(jì)五十年代開始出現(xiàn)，由英國 Coquerel 提出，其首次面世就引起了整個(gè)造船業(yè)的轟動(dòng)。由于氣墊船的全地形適應(yīng)性極，便于登陸作戰(zhàn)，因此很快在軍事方面得到了極大應(yīng)用[14]。上世紀(jì)五十年代，橫渡英吉利海峽實(shí)驗(yàn)的順利完成是氣墊船成功問世的標(biāo)志，該船被名為“SRN1 號(hào)”，氣墊船的歷史由此開始。雖然此次試驗(yàn)無疑是具有重要意義的，但是各項(xiàng)船舶性能指標(biāo)來看，技術(shù)相當(dāng)?shù)牟怀墒�，并不具備�?shí)際使用價(jià)值。盡管如此，這仍讓許多國家看到了這種新型高性能船舶的發(fā)展?jié)摿�，因此引燃了各國工程師�?duì)于氣墊船術(shù)的研制熱情。英國海軍不斷對(duì)氣墊船進(jìn)行優(yōu)化，到 1992 年，英國在軍事方面已經(jīng)配了包括安裝了超高聲吶的 BH-7 型獵雷艇、VT-2 型反水雷艇以及格里芬型登陸艇在內(nèi)的艘軍用氣墊船。在民用方面，英國氣墊船技術(shù)也較為成熟， BHC 公司研制出了具有實(shí)應(yīng)用價(jià)值的能夠減低阻力提高船體性能的響應(yīng)圍裙并應(yīng)用于“SRN4-MK3”型民用客渡墊船[15-17]。
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本文編號(hào)：2867370