操纵运动船舶的水动力计算研究.doc

《操纵运动船舶的水动力计算研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、操纵运动船舶的水动力计算研究李冬荔，杨亮，聂武摘要：以船舶操纵水动力预报为研究背景，通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发，采用其动网格技术以及后处理系统，对大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动，得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合，最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果与势流理论计算结果一致，表明了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.关键词：船舶操纵；水动力导数；FLUENT；动网格中图分类号：U6

2、61.33文献标识码：A文章编号：1000-6982(2009)02-0008-05ComputationalinvestigationofhydrodynamicforcesaroundmaneuveringshipLIDong-li,YANGLiang,NIEWu(StateKeyLaboratoryofAutonomousUnderwaterVehicle,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Inordertopredictthes

3、hipmaneuverabilityinviscousflows,hydrodynamicderivativesrelatedtoshipmaneuveringwereanalyzedusingadynamicmeshmethodandpost-processingsystem,whichwasbasedonthecommercialsoftwareFLUENT.Shipmaneuveringmotionsofthedifferentheadingangles,rudderangles,swayingandyaw

4、ingareconsidered.Hydrodynamicforcesandmomentsactingonamaneuveringshipareobtainedinthebody-fixedcoordinatesystem.Thushydrodynamicderivativesoftheshipmaneuveringmotionsarecalculatedbyleastsquarecurvefitting.Thecomputationalresultsareconfirmedbythedataofpotentia

5、ltheorymethod,whichshowthatthismethodcanbeusedtocalculatethehydrodynamicderivativesofshipcomplicatedmotions.Keywords:shipmaneuvering;hydrodynamicderivatives;FLUENT;dynamicmesh0引言操纵运动船体水动力的数值计算方法可分为两大类，一是势流方法，二是粘性流方法.其中，势流方法对水动力预报精度能基本满足工程要求，成为日趋成熟且实用的方法.而三维船舶

6、粘性流的数值研究是从20世纪60年代后期才开始的.在1996年第21届ITTC会议上[1]，求解船舶粘性流的RANS方法被认为已经成熟.随着现代船舶科技水平的不断提高，对船舶水动力方面的研究也提出了更高要求.许多新技术，如网格生成技术、并行计算技术、多重网格加速等，被广泛应用于复杂的流场计算中，形成了国际上船舶操纵水动力预报的热门和前沿课题.本文通过FLEUNT的非定常动网格的方法，数值求解了船舶操纵水动力导数.此方法可应用于一系列和船舶操纵问题相关的粘性流动与水动力计算，得到了令人满意的结果.1船舶操纵运动水动

7、力导数的数值计算模型在普通的长条形流场区域内，船体不前进，水以一定速度流向船体，船体就可以作各种规定的运动以及频率很低的振荡.测量船体所受的水动力，可求得计算船舶操纵运动所需的各种加速度导数和速度导数.船舶操纵运动是低频运动，要求接近于零频率的水动收稿日期：2008-12-16；修回日期：2009-01-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（50879014）力导数.不同舵角斜航运动纯横荡运动纯艏摇运动组合运动舵角d=0ddb漂角bbx0y0yyyx0x0x0y0y0y0yyyyyyyyyyyyyxxyxxxx

8、xxxyxxxbbb漂角固定船舶操纵水动力导数计算是根据船舶所做各种运动计算水动力，可以分为以下五种工况（各种运动情况如图1所示，各运动参数都在随船坐标系下获得，计算公式见参考文献[2]）.数值计算船体所受水动力需达到一个稳定周期，此时方可将水动力（随船坐标系下船体所受侧向力Y与绕船中的力矩N）与运动状态的函数关系进行非线性最小二乘法拟合，即可得到各个水动力导数.此处稳定