﻿ 槽道滑行艇快速性数值仿真
 舰船科学技术  2022, Vol. 44 Issue (1): 52-55    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2022.01.010 PDF

1. 中国船舶集团公司第七一五研究所，浙江 杭州 310023;
2. 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064

Research on simulation of resistance performance for channel planing craft
WU Zhe1, GUO Li-xiang2
1. The 715 Research Institute of CSSC, Hangzhou 310023, China;
2. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China
Abstract: It is difficult to evaluate the resistance performance of planning craft due to the variation of wet area and pitch angle. In this paper, structured dynamic overlap grid technique is used to calculate ship motions and Level-Set method are employed to simulate the free surface. Finally, the resistance, pitch angle, free surface waveform, gas-liquid distribution in the middle longitudinal section and bottom pressure distribution of the planning craft at different speeds are obtained.The calculation results of pitch angle show an agreement with full-scale test result.
Key words: channel planning craft     CFD     resistance performance
0 引　言

1 数值计算 1.1 控制方程及湍流模型

 $\frac{{\partial ({{\bar u}_i})}}{{\partial {x_i}}} = 0 \text{，}$ (1)
 $\frac{{\partial ({{\bar u}_i})}}{{\partial t}} + {\bar u_j}\frac{{\partial ({{\bar u}_i})}}{{\partial {x_i}}} + \frac{{\partial (\overline {{{u'}_i}{{u'}_j}} )}}{{\partial {x_j}}} = - \frac{1}{\rho }\frac{{\partial \bar p}}{{\partial {x_j}}} + \frac{{\partial {{\bar \tau }_{ij}}}}{{\partial {x_j}}} \text{。}$ (2)

 ${\bar \tau _{ij}}{\text{ = }}\nu \left( {\frac{{\partial {{\bar u}_i}}}{{\partial {x_j}}}{\text{ + }}\frac{{\partial {{\bar u}_j}}}{{\partial {x_i}}}} \right) \text{。}$ (3)

 $\begin{split} &\frac{\partial }{{\partial t}}(\rho k) + \frac{\partial }{{\partial {x_i}}}(\rho k{{\bar u}_i}) = \frac{\partial }{{\partial {x_j}}}\left({\varGamma _k}\frac{{\partial k}}{{\partial {x_j}}}\right) + {G_k} - {Y_k} ,\\ &\frac{\partial }{{\partial t}}(\rho \omega ) + \frac{\partial }{{\partial {x_i}}}(\rho \omega {{\bar u}_i}) = \frac{\partial }{{\partial {x_j}}}\left({\varGamma _\omega }\frac{{\partial \omega }}{{\partial {x_j}}}\right) + {G_\omega } - {Y_\omega } + {S_\omega }\text{。} \end{split}$ (4)

1.2 重叠网格方法

1.3 Level-Set水平集方法

1.4 船体姿态变化预报方法

2 计算对象

3 计算网格及边界条件

 图 1 计算域及边界条件 Fig. 1 Computational region and boundary conditions

 图 2 艇体网格 Fig. 2 Mesh generation
4 计算结果 4.1 阻力及姿态

 $Fr = \frac{V}{{\sqrt {{{gL}}} }} \text{。}$

 图 3 阻力-航速曲线 Fig. 3 Resistance curve

 图 4 纵倾角-航速曲线 Fig. 4 Pitch curve
4.2 自由液面波形

 图 5 自由液面波形(Fr = 0.54) Fig. 5 Free surface(Fr = 0.54)

 图 6 自由液面波形(Fr = 0.73) Fig. 6 Free surface(Fr = 0.73)

 图 7 Fr = 1.33自由液面波形(Fr = 1.33) Fig. 7 Free surface(Fr = 1.33)

 图 8 自由液面波形(Fr = 2.72) Fig. 8 Free surface(Fr = 2.72)
4.3 滑行艇槽道内气液两相分布

 图 9 中纵剖面气液分布(Fr = 0.54) Fig. 9 Gas-liquid distribution in middle longitudinal section(Fr = 0.54)

 图 10 中纵剖面气液分布(Fr = 0.73) Fig. 10 Gas-liquid distribution in middle longitudinal section(Fr = 0.73)

 图 11 中纵剖面气液分布(Fr = 1.33) Fig. 11 Gas-liquid distribution in middle longitudinal section(Fr = 1.33)

 图 12 中纵剖面气液分布(Fr = 2.72） Fig. 12 Gas-liquid distribution in middle longitudinal section(Fr = 2.72)
4.4 滑行艇船底压力分布

 图 13 船底压力分布(Fr = 0.54) Fig. 13 Bottom pressure distribution(Fr = 0.54)

 图 14 船底压力分布(Fr = 0.73) Fig. 14 Bottom pressure distribution(Fr = 0.73)

 图 15 船底压力分布(Fr = 1.33) Fig. 15 Bottom pressure distribution(Fr = 1.33)

 图 16 船底压力分布(Fr = 2.72) Fig. 16 Bottom pressure distribution(Fr = 2.72)
5 结　语

1）该槽道艇的阻力曲线在12 kn左右出现阻力峰，越过阻力峰后，阻力先下降后上升。而纵倾角随航速增加呈先上升后下降趋势，最大纵倾角5.3°出现在阻力峰位置，仿真结果与试验吻合较好；

2）槽道艇自由液面波形在低速时呈明显的排水型船特征，随着艇体起滑，槽道喷出较长尾流，兴波收束减少，尾流主要分布在船宽范围内；

3）槽道滑行艇的槽道随着航速增加，逐渐脱离水面，最后只剩下尾部局部面积在水中受力，这种现象使得槽道升力较容易受风浪影响。

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