滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究倡

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1、第３４卷第３期武汉理工大学学报（交通科学与工程版）Vol．３４No．３２０１０年６月JournalofWuhanUniversityofTechnologyJune２０１０（TransportationScience&Engineering）滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究倡陈克强秦江涛（武汉理工大学交通学院武汉４３００６３）摘要：合理的滑行面设计，是滑行艇设计中的关键问题．利用CFD软件FLUENT对滑行艇简化模型的流场进行数值模拟，得到简化模型的压力分布细节，并由此对滑行艇的滑行面进行改型，通过改型调整航态和艇底的水动

2、压力分布，达到降低船舶阻力的目的．改型前后的实验结果显示：改型后滑行阻力与原型相比减小７％．研究表明：利用通用软件进行船舶流体力学的研究，是一个较为有效的方法；另外，通过合理布置滑行面可有效减小滑行艇滑行阻力．关键词：滑行艇；数值模拟；改型研究中图法分类号：U６６１．１；O０３５９．１DOI：１０．３９６３／j．issn．１００６‐２８２３．２０１０．０３．０５１０引言即滑行艇的阻力可分为摩擦阻力Rf和剩余阻力tan２部分．剩余阻力tan部Δ分将α随着攻角增大而增大，而攻角增大后会使浸湿面积减小，对减滑行艇是由艇底水动压力的垂

3、向分量平衡绝小摩擦阻力有利，因此存在一个对应于最小阻力的大部分艇重来减小浸湿面积和总阻力，适于高速最佳航态角．通过调整航态，使滑行攻角等于或接航行的一种艇型．该型艇广泛用于缉私、港监、水［２］近最佳航态角，可使阻力性能得到明显的改善．上公安、交通、军事等领域，其应用领域和工作性如果滑行艇起滑后航态角过大，则会导致喷质使得追求高航速成为用户和设计人员十分重视溅阻力较大．此时可在尾端加一下反角度的楔形的问题．通过设计合理的滑行面形状，可有效提高板减小阻力，这已在实验和应用中得到了验证．图滑行艇的滑行效率，减小滑行阻力．本文针对这一

4、１为一固定平板尾部加楔型板前后的压力分布对问题进行相关研究．比示意图：加装楔形板后的平板压力分布（图１a））与未加装楔形板（图１b））相比，尾部压力增１滑行艇的简化模型及滑行面形状大，整个板面的压力中心后移．滑行艇加装楔型板对阻力的影响后为满足重力平衡条件必然会减小航态角，从而减小过大的剩余阻力．航态角偏小也不是理想的平底滑行艇为最简单的滑行艇艇型，其受力情况，此时湿表面积过大，影响快速性，甚至导致情况与滑行平板有相似之处．为此研究滑行艇的［３］不能顺利起滑．水动力问题，可以通过研究平板水动力问题来入实践中，一般采用调整重心纵

5、向位置的方法［１］手．对于以攻角α运动时的滑行平板，其阻力表来调整航态．但是滑行艇重心纵向位置往往会受达为船舶布置的限制而使航态无法达到理想的状态，Rt＝tan＋Rfcos此时可采用调整滑行面Δ的方α法解决这一α问题．本式中：Rt为总阻力；为艇重，Rf为摩擦阻力．文利用FLUENT软件对Δ滑行艇简化模型的水动当为小角度时，cos≈１，阻力近似为：Rt＝力特征进行数α值模拟，从而指导α对滑行艇滑行面tan＋Rf．的改型Δ．α收稿日期：２０１０‐０１‐２３陈克强（１９５５‐）：男，硕士，副教授，主要研究领域为船舶水动力学倡高速艇水

6、动力性能研究项目资助（批准号：１０３６１０６１７４１）第３期陈克强，等：滑行艇简化模型流场数值模拟及改型研究·６３３·［４］阶迎风差分．计算得到该三元板的水动压力等值线分布如图３所示．图３三元板水动压力等值线图／Pa三元板边缘处由于直通大气，该部分区域特别是尾部区域压力最低，能够提供的升力L＝Pcos（P为板面压力；为α攻角）很小，但是α通过计算发现这部分低升力区域的摩擦阻力与高升力区域摩擦阻力差别不大．图１楔形板对二元滑行面压力分布影响示意图３滑行艇改型及实验验证２简化模型的数值模拟滑行艇基本采用尾部近似为平板或小底升角通过

7、FLUENT软件进行滑行艇简化模型两的滑行面．基于上述计算，滑行面的尾部和边缘区相流的数值模拟．计算模型取一攻角为３的三元°在提供较小升力的同时，带来了同一量级的摩擦板，Fr＝１．１２．计算域及部分边条设置如图２所阻力．考虑对滑行艇进行以下改型：按照计算得出示（图中，L０＝４m）：的尾部等值线的形状，适当去掉尾部和边缘的部分低压力区域，使滑行面的压力重新分布．改型后水动压力中心会前移，形成尾倾力矩增大航态角，升力系数Cl也会随之增大，而由于总的升力１２与重力平衡，那么由L＝ClvS，其湿面积随之２变小从而降低粘性阻力．当合理的

8、调节滑行面使滑行艇达到或接近最佳航态角时，便达到了降低图２计算域及部分边条设置示意图总阻力的目的．入口边界分别为水和空气速度入口u＝即针对滑行艇航态角偏小的情况，上述改变u∞，v＝w＝０．滑行面形状的方法降低阻力有２个原因：（１）使艇出口边界为出流边条抄＝０．底压力重新分布，