高速滑行艇縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性預(yù)報(bào)方法研究.pdf

1、高速滑行艇海豚運(yùn)動(dòng)是滑行艇靜水中高速滑行時(shí)產(chǎn)生的縱搖和垂蕩耦合運(yùn)動(dòng)，海豚運(yùn)動(dòng)對(duì)滑行艇以及船員的安全有嚴(yán)重的威脅。由于高速滑行艇滑行時(shí)有折角線流動(dòng)分離等強(qiáng)非線性效應(yīng)，難以應(yīng)用非線性理論數(shù)值模擬海豚運(yùn)動(dòng)。本文基于簡(jiǎn)單格林函數(shù)的非線性2D+t理論數(shù)值預(yù)報(bào)滑行艇的海豚運(yùn)動(dòng)臨界參數(shù)，主要開(kāi)展了以下工作:
　　探討了二維物體入水砰擊問(wèn)題的簡(jiǎn)單格林函數(shù)非線性邊界元方法。探討了自由面與物面交點(diǎn)的處理、射流區(qū)的處理、非線性自由面條件的迭代求解、自由

2、面鋸齒不穩(wěn)定性的移除以及物面壓強(qiáng)的精確求解等數(shù)值關(guān)鍵技術(shù)，探討了迭代步長(zhǎng)、計(jì)算域大小、自由面網(wǎng)格數(shù)量以及劃分方案對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。引入折角流動(dòng)分離模型以數(shù)值模擬帶有折角物體入水問(wèn)題。數(shù)值計(jì)算了八個(gè)不帶折角和兩個(gè)帶有折角的楔形體恒速入水的自由面形狀、物面壓強(qiáng)分布、最大壓強(qiáng)系數(shù)和垂向水動(dòng)力，并與其他理論計(jì)算值進(jìn)行比較。
　　探討了二維物體輻射問(wèn)題的簡(jiǎn)單格林函數(shù)非線性邊界元方法。探討了遠(yuǎn)方輻射條件的處理，探討了迭代時(shí)間步長(zhǎng)、自由面網(wǎng)格數(shù)

3、量、計(jì)算域大小、阻尼區(qū)長(zhǎng)度以及平滑周期對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響。計(jì)算了楔形體、圓柱以及具有深吃水和淺吃水的外飄船艏橫剖面的附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)、二階定常力、二階諧振力以及三階諧振力，并與試驗(yàn)值以及其他數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　探討了滑行艇靜水勻速航行問(wèn)題的簡(jiǎn)單格林函數(shù)非線性2D+t理論。數(shù)值計(jì)算了滑行艇以不同速度在靜水中航行時(shí)的自由面以及剖面垂向力沿滑行艇艇長(zhǎng)的分布。探討了重力效應(yīng)的影響，探討了斜升角、縱傾角以及航速對(duì)剖面垂向力最大值的影

4、響，計(jì)算了滑行艇不同速度的動(dòng)升力系數(shù)并與Savitsky經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行。
　　探討了高速船在靜水中勻速航行并伴隨強(qiáng)迫振蕩問(wèn)題的簡(jiǎn)單格林函數(shù)非線性2D+t理論。以WigleyⅠ和WigleyⅣ為例計(jì)算了不同速度航行不同頻率垂蕩或縱搖時(shí)的水動(dòng)力系數(shù)并與試驗(yàn)值以及頻率線性理論、三維線性頻域理論計(jì)算值進(jìn)行比較驗(yàn)證理論的正確性。基于線性穩(wěn)定性分析以及Routh-Hurwitz穩(wěn)定性判據(jù)給出了滑行艇海豚運(yùn)動(dòng)判定依據(jù)，結(jié)合該判據(jù)和非線性2D+t理

5、論數(shù)值預(yù)報(bào)了不同斜升角、載荷系數(shù)的滑行艇海豚運(yùn)動(dòng)并與試驗(yàn)值和Savitsky經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了比較，探討了載荷系數(shù)、慣性矩半徑以及斜升角對(duì)海豚運(yùn)動(dòng)臨界縱傾角、重心位置以及濕長(zhǎng)度的影響。
　　研究表明，研究的簡(jiǎn)單格林函數(shù)非線性邊界元方法能夠準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)二維物體入水砰擊的物面壓強(qiáng)分布和自由面形狀，引入的流動(dòng)分離模型能夠有效的模擬帶折角的二維物體入水砰擊問(wèn)題?；诤?jiǎn)單格林函數(shù)的非線性2D+t理論，能夠比較準(zhǔn)確的計(jì)算高速船勻速航行并伴有強(qiáng)迫振蕩