船舶变形减摇鳍的升力机理及建模研究

发布时间：2017-03-21 17:10

  本文关键词：船舶变形减摇鳍的升力机理及建模研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 减摇鳍借助鳍上产生的升力来抵抗海浪作用在船舶上的横摇力矩。增加鳍上的升力,将能起到更好的减摇效果。采用变形设计的减摇鳍,仅仅依靠直接改变壁面形状就可以起到很好的增升效果,配合相应的控制算法进而使得减摇鳍的减摇性能得到提升。变形减摇鳍升力模型的建立对今后减摇鳍的设计工作有很重要的指导意义。 数学建模的方法有很多种,但面对减摇鳍的特殊性,传统的建模方法不在适用。本文所做的研究,就是通过借助CFD软件的计算,来完成对变形减摇鳍升力模型建立。通过引入对流经减摇鳍表面的流体进行控制的思想,来优化或提高减摇鳍的升力系数。通过改变减摇鳍的鳍型来控制流经减摇鳍表面的流体,使得它们按照有利的方向去流动,从而使得减摇鳍能在不变的攻角下提供更多的升力。 对减摇鳍进行升力建模的过程,实际上就是对减摇鳍进行CFD计算的过程。依据流体力学中由牛顿经典力学动量定理推导而来的边界层定理,提出了改变减摇鳍前缘的增升方案。用CFD软件完成了对这种变形减摇鳍鳍型相应的升力模型建立,初步的计算表明通过前缘变形能很大幅度的提高升力。 最后一章借助当前仿生学的研究和设想,提出了模仿驼背鲸前鳍的变形减摇鳍。资料表明驼背鲸前鳍的前缘突出部有利于其自身前鳍上的升力提升。论文中提出了一种模仿驼背鲸前鳍的减摇鳍,这种鳍型的前缘有正弦形的突出部。借助计算流体力学软件FLUENT,对这种模仿驼背鲸前鳍的新型鳍型进行了数值模拟流场计算,并与相同几何尺寸的标准NACA0015减摇鳍所测得的水池实验数据进行了对比,发现采用了前缘有圆形突出部设计的新型减摇鳍在相同条件下能提供更多的升力。就仿驼背鲸减摇鳍模型参数的敏感性与有效性进行了计算,在众多模型中筛选出了能提供升力最大的模型,最后依据此升力模型进行了船舶海浪下的减摇仿真计算。
【关键词】：减摇鳍 变形 仿生 驼背鲸 FLUENT
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U664.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的来源、目的和意义10-13
• 1.2 减摇鳍升力模型的建立13-14
• 1.3 论文研究的主要问题14-15
• 1.4 论文主要内容15-16
• 第2章 建模工具FLUENT16-25
• 2.1 流体流动的数学描述16-17
• 2.2 FLUENT提供的湍流模型17-21
• 2.3 壁面函数21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 FLUENT参数设置与建模25-39
• 3.1 GAMBIT网格划分25-28
• 3.2 FLUENT计算设置28-33
• 3.2.1 求解器设置28-30
• 3.2.2 边界条件设置30-32
• 3.2.3 离散格式与欠松散因子32-33
• 3.2.4 判断计算完毕的标准33
• 3.3 标准鳍验证性计算33-38
• 3.3.1 水池实验34-36
• 3.3.2 FLUENT建模计算36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 边界层控制与前缘变形减摇鳍39-50
• 4.1 边界层定理39-40
• 4.2 前缘变形减摇鳍40-47
• 4.2.1 传统增升方式40-41
• 4.2.2 前缘变形的型线设计41-42
• 4.2.3 变形方法与材料选取42-47
• 4.3 前缘变形减摇鳍升力模型47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 仿驼背鲸减摇鳍50-70
• 5.1 驼背鲸的前鳍50-51
• 5.2 仿驼背鲸鳍风洞实验51-52
• 5.3 FLUENT数值计算52-55
• 5.3.1 GAMBIT建模52-53
• 5.3.2 FLUENT计算53-55
• 5.4 前缘突出部的几何外形对升力的影响55-64
• 5.4.1 线型设计55-57
• 5.4.2 多形态的仿驼背鲸鳍升力模型建立57-60
• 5.4.3 对计算结果的讨论60-64
• 5.5 仿驼背鲸鳍减摇访真64-69
• 5.5.1 减摇力矩64
• 5.5.2 海浪理论及随机海浪仿真64-66
• 5.5.3 减摇仿真66-69
• 5.6 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果75-76
• 致谢76

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 金鸿章;潘艳;杨波;;小攻角下驼背鲸减摇鳍的理论计算[J];船舶力学;2010年11期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王帆;零航速减摇鳍仿生机理及控制关键技术[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 潘立鑫;水下机器人近水面横遥减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 高妍南;基于变形仿生鳍的机器人减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 王思研;变形鳍在低航速下升力建模与控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 赵淑香;零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 陈林;仿生鳍在船舶减摇中的应用与仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 黄丹;零航速下襟翼鳍升力建模与控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 潘艳;变形减摇鳍及其在水下机器人中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 孟祥振;综合减摇系统参数配置及控制器优化研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

  本文关键词：船舶变形减摇鳍的升力机理及建模研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：260006