發(fā)布時間：2020-11-02 17:54

【摘要】：氣墊船是以靜態(tài)空氣壓力支撐的一類高性能船舶,是所有船舶中流體動力特性最為復雜的一種船型。以風機、風道、圍裙、氣墊為基礎(chǔ)構(gòu)成的圍裙氣墊系統(tǒng)決定了全墊升式氣墊船墊升性、穩(wěn)性、快速性、耐波性與操縱性等各項性能。圍裙氣墊系統(tǒng)也是氣墊船區(qū)別于其他船舶的重要結(jié)構(gòu),是與各項總體性能最密切相關(guān)的系統(tǒng)。本文以在研項目“22客位全墊升式氣墊船”作為母型船,對該氣墊船的墊升性能進行了規(guī)范計算,并分析了圍裙氣墊系統(tǒng)的主要要素對全墊升式氣墊船性能的影響。在保證計算結(jié)果精度的前提下對母型船圍裙氣墊系統(tǒng)進行合理簡化并建立三維建模,應用CFD方法對全墊升式氣墊船內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬計算,將CFD計算結(jié)果與規(guī)范計算結(jié)果進行對比分析,誤差均小于7.0%。利用CFD方法計算分析阻流板的安裝位置、導流片的安裝位置和曲率對全墊升式氣墊船內(nèi)部流場主要參數(shù)的影響,得到了氣囊和氣墊壓力分布、壓心位置、總升力、艏艉囊壓比以及各部位出口的泄流系數(shù)與阻流板的安裝位置、導流片的安裝位置和曲率之間的關(guān)系。針對本文中母型船越峰能力不足和囊壓比低于設計值的問題提出了三種優(yōu)化方案,包括在氣囊中安裝阻流板、在風機出口處安裝導流片以及同時安裝阻流板和導流片,并分別對三種方案進行CFD計算。根據(jù)本文的計算結(jié)果,在距離風機出口左壁面465mm處的氣囊中安裝阻流板進行優(yōu)化能夠使囊壓比從1.146升高到1.226,提高6.98%,;艏艉囊壓比從0.993升高至1.056,提高了6.3%,極大地提高了母型船的越峰能力。在距離風機出口左壁面265mm處安裝曲率ρ=1.43的導流片進行優(yōu)化能夠使囊壓比從1.146升高到1.235,提高7.77%;艏艉囊壓比從0.993升高至1.063,提高7.0%。同時安裝阻流板和導流片優(yōu)化母型船雖然可以提高囊壓比和越峰能力,但是由于阻流板和導流片的相互作用,優(yōu)化結(jié)果不易控制,建議單獨使用其中一種方式優(yōu)化全墊升式氣墊船內(nèi)部流場。計算結(jié)果表明,本文提出的優(yōu)化方案能夠提高母型船的越峰能力和囊壓比,且本文中應用的CFD方法和優(yōu)化方案為以后全墊升式氣墊船的研究提供了參考。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U674.943
【圖文】：

第1章 緒論高性能船舶，自上世紀開始，由于其良好的兩棲性能，軍事領(lǐng)域?qū)＜业母叨汝P(guān)注[1]。氣墊船的工作原理與普通功率風扇作為鼓風設備，其工作原理是通過氣道迅速向體。由于氣體速度較大，氣囊手指出口較小，因此使氣成壓力較高的氣腔，像是在氣墊船與水面或地面之間加�？諝鈴氖种赋隹谔幣懦觯�以高速射向水面或地面會產(chǎn)獲取升力，使得自身升高或脫離水面，降低水對船體的側(cè)壁式氣墊船通過在船首和船尾布置柔性圍裙，舷側(cè)采封閉。航行時依舊是采用專門的墊升系統(tǒng)向下充氣托起和提高航速[2-4]。

“十”字形氣墊分割 “T”字形氣墊分割圖 1.2 氣墊分割形式由于氣墊船工作原理的特殊性，氣墊船氣囊、氣道布置以及氣墊的壓力分布會對氣墊船的穩(wěn)性、操縱性、抗沉性產(chǎn)生極大的影響。因此，研究氣墊船內(nèi)部流場分布情況對其設計具有重要意義。氣墊船正常工作狀態(tài)大體上包括墊升狀態(tài)和航行狀態(tài)兩種，在墊升狀態(tài)下，氣囊或氣道內(nèi)流場分布不均勻則可能導致氣墊船出現(xiàn)橫傾、縱傾、升沉等問題。而在此過程中，橫向和縱向分割圍裙的布置、氣囊的設計、氣道的鋪設以及船的重量分布等是影響內(nèi)部流場的重要因素。在航行狀態(tài)下，氣囊、氣道內(nèi)流場或氣墊內(nèi)壓力分布不均勻則可能導致氣墊船出現(xiàn)失穩(wěn)、埋首縮進、尾部浸水、鵝卵石效應加劇等問題[11]。而且氣墊船內(nèi)部流場會受到諸多因素的影響，例如船體的運動狀態(tài)，風浪干擾以及工況（越峰、登陸）等。這些因素都會影響氣墊船底部氣墊的壓力分布進而影響氣墊船升力的變化，圍裙內(nèi)囊壓分布的變化以及船下水面波形的改變，這些變化反過來又會進一步影響氣墊的壓力分布。因此氣墊船內(nèi)部流場以及氣墊的壓力分布是非常重要的研究課題，也是一個極為復雜的多自由度耦合問題[12]。本文對該問題進行合理簡化，只研究氣墊船圍裙內(nèi)的囊壓分布、氣墊

.2.1 氣墊船國內(nèi)外發(fā)展概況英國是氣墊船技術(shù)的發(fā)源地，氣墊船的概念最早在上世紀五十年代開始出現(xiàn)，由英國 Coquerel 提出，其首次面世就引起了整個造船業(yè)的轟動。由于氣墊船的全地形適應性極，便于登陸作戰(zhàn)，因此很快在軍事方面得到了極大應用[14]。上世紀五十年代，橫渡英吉利海峽實驗的順利完成是氣墊船成功問世的標志，該船被名為“SRN1 號”，氣墊船的歷史由此開始。雖然此次試驗無疑是具有重要意義的，但是各項船舶性能指標來看，技術(shù)相當?shù)牟怀墒�，并不具備實際使用價值。盡管如此，這仍讓許多國家看到了這種新型高性能船舶的發(fā)展?jié)摿�，因此引燃了各國工程師對于氣墊船術(shù)的研制熱情。英國海軍不斷對氣墊船進行優(yōu)化，到 1992 年，英國在軍事方面已經(jīng)配了包括安裝了超高聲吶的 BH-7 型獵雷艇、VT-2 型反水雷艇以及格里芬型登陸艇在內(nèi)的艘軍用氣墊船。在民用方面，英國氣墊船技術(shù)也較為成熟， BHC 公司研制出了具有實應用價值的能夠減低阻力提高船體性能的響應圍裙并應用于“SRN4-MK3”型民用客渡墊船[15-17]。
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本文編號：2867370