高速滑行艇縱向運動穩(wěn)定性預(yù)報方法研究.pdf

1、高速滑行艇海豚運動是滑行艇靜水中高速滑行時產(chǎn)生的縱搖和垂蕩耦合運動，海豚運動對滑行艇以及船員的安全有嚴重的威脅。由于高速滑行艇滑行時有折角線流動分離等強非線性效應(yīng)，難以應(yīng)用非線性理論數(shù)值模擬海豚運動。本文基于簡單格林函數(shù)的非線性2D+t理論數(shù)值預(yù)報滑行艇的海豚運動臨界參數(shù)，主要開展了以下工作:
　　探討了二維物體入水砰擊問題的簡單格林函數(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的精確求解等數(shù)值關(guān)鍵技術(shù)，探討了迭代步長、計算域大小、自由面網(wǎng)格數(shù)量以及劃分方案對計算結(jié)果的影響。引入折角流動分離模型以數(shù)值模擬帶有折角物體入水問題。數(shù)值計算了八個不帶折角和兩個帶有折角的楔形體恒速入水的自由面形狀、物面壓強分布、最大壓強系數(shù)和垂向水動力，并與其他理論計算值進行比較。
　　探討了二維物體輻射問題的簡單格林函數(shù)非線性邊界元方法。探討了遠方輻射條件的處理，探討了迭代時間步長、自由面網(wǎng)格數(shù)

3、量、計算域大小、阻尼區(qū)長度以及平滑周期對于計算結(jié)果的影響。計算了楔形體、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，并與試驗值以及其他數(shù)值結(jié)果進行了比較。
　　探討了滑行艇靜水勻速航行問題的簡單格林函數(shù)非線性2D+t理論。數(shù)值計算了滑行艇以不同速度在靜水中航行時的自由面以及剖面垂向力沿滑行艇艇長的分布。探討了重力效應(yīng)的影響，探討了斜升角、縱傾角以及航速對剖面垂向力最大值的影

4、響，計算了滑行艇不同速度的動升力系數(shù)并與Savitsky經(jīng)驗公式進行。
　　探討了高速船在靜水中勻速航行并伴隨強迫振蕩問題的簡單格林函數(shù)非線性2D+t理論。以WigleyⅠ和WigleyⅣ為例計算了不同速度航行不同頻率垂蕩或縱搖時的水動力系數(shù)并與試驗值以及頻率線性理論、三維線性頻域理論計算值進行比較驗證理論的正確性。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動判定依據(jù)，結(jié)合該判據(jù)和非線性2D+t理

5、論數(shù)值預(yù)報了不同斜升角、載荷系數(shù)的滑行艇海豚運動并與試驗值和Savitsky經(jīng)驗公式進行了比較，探討了載荷系數(shù)、慣性矩半徑以及斜升角對海豚運動臨界縱傾角、重心位置以及濕長度的影響。
　　研究表明，研究的簡單格林函數(shù)非線性邊界元方法能夠準確的預(yù)報二維物體入水砰擊的物面壓強分布和自由面形狀，引入的流動分離模型能夠有效的模擬帶折角的二維物體入水砰擊問題?；诤唵胃窳趾瘮?shù)的非線性2D+t理論，能夠比較準確的計算高速船勻速航行并伴有強迫振蕩