航母横摇纵摇甲板流场数值分析
发布时间：2021-09-04 19:57
航母是具有复杂外形的钝体结构,并且航母在海上航行时,具有六自由度复杂的运动形态。航母的空气流场会出现涡结构的分离、再附和旋涡脱落等复杂的湍流流动现象,而舰载机的安全起降对飞行甲板上层上方的流场特性有苛刻的要求,所以会严重威胁飞行员的生命和舰载机的飞行安全。计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）在航母甲板流场研究中得到了广泛的应用,可以为舰载机的安全起降和测风装置的布置提供依据。论文基于计算流场动力学理论,使用ICEM划分计算域的网格,采用FLUENT软件对航母进行了全尺寸的空气流场的仿真计算。选用基于压力的SIMPLE压力速度耦合算法和Standard-湍流模型,开展了航母在不同风向角下稳态的计算,论文得到了不同风向角对飞行甲板上方的空气流场特性的影响,研究表明:-15°风向角时,右舷前端武器平台和后端武器平台对其周围水平甲板存在较大的影响,舰岛左侧存在较大的速度梯度,速度变化较大,右侧涡结构变得更复杂,短距起飞跑道的安全起飞受到较大的影响。本文拟合航母的横摇和纵摇运动为周期性的正弦运动,基于FLUENT动网格技术和UDF,实现了航母运动,开展了航母...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空母舰战斗群航母战斗群是舰载机的海上起降平台，其主要攻击力量是舰载机，舰载机在航母上
图 2.1 三维计算网格为了能利用计算机进行计算求解，需要将物理问题的微分型的控制方程转化为节点上的代数方程组。论文在直角坐标系下建立船舶空气流场的连续性方程的离散方程，三维计算网格划分如图 2.1 所示。对(2-1)连续性方程对控制体方程两边积分：t0n e t e n n e tb s w b w s s w bu v wdx dydz dy dxdz dz dxdyx y z + + = (2-12)以方程左侧第一积分项的运算为例进行运算：t t=n e ne wb s w b suu udx dydz dydzx x x t=nE PP Wb sPE WPu uu udydzδ x δx (2-13=( ) ( )E p P WPE WPy z y zu u u uδ x δxΔ Δ Δ Δ 把离散方程表达成标准形式：P P W W E E S S N N B B T Ta u a u a u a u a u a u a uy z y z x z x z x y x y = + + + + + Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ
并包含了一些不稳定的成分，在航母表面几何结构生成的自由涡是非粘性和粘性相互作用产生的，其中由于边缘和尖角产生的涡称为不稳定流动。这些不稳定成分通常是高频的，会很快消失，他们的平均值通过稳态求解就能被合理准确地捕捉到。本章对 SFS 船型空气流场进行了稳态计算，并利用文献中的风洞实验结果验证了方法的可行性和计算结果的准确性。3.1 甲板风的定义在本文航母甲板流场流场特性研究中，需要定义甲板风，甲板风的定义如图 3.1 所示，在如图所示的坐标系下，在大气自然风windV 的条件下，航母的的航行速度为shipV 甲板风定义为船速和风速的矢量差，即为wod wind shipV = V V。假设shipV 和windV 均与海平面平行，定义甲板风的值为wodV ，其在 X、Y、Z 轴的分速度风别为 U、V 和 W,定义甲板风的大小为BU ，方向角为θ ，如图 3.1 所示。图 3.1 中所示的甲板风为左舷风，右舷风关于 X 轴对称的相反方向。在论文的各章节中的入口风条件均为甲板风，并规定正风向角为左舷风，负风向角为右舷风。
【参考文献】：
期刊论文
[1]风向对舰船甲板流场结构影响的数值研究[J]. 孙鹏,刘文峰,钟兢军,陈圣涛. 大连海事大学学报. 2016(01)
[2]多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究[J]. 张术佳,赵佳,孙鹏,刘文峰,钟兢军. 大连理工大学学报. 2015(05)
[3]舰船非定常气流场数值模拟[J]. 贺少华,刘东岳. 大连海事大学学报. 2015(03)
[4]应用于直升机/舰动态配合的舰面流场建模仿真关键技术[J]. 马鸿儒,孙文胜,穆志韬,李旭东. 海军航空工程学院学报. 2014(05)
[5]典型舰艇空气尾流特性分析[J]. 陈继祥,朱旭程,王强,刘济民. 海军航空工程学院学报. 2012(05)
[6]航母的“手臂”——舰载机[J]. 孔鸿滨. 科学24小时. 2011(10)
[7]舰载飞机起降特点及性能分析[J]. 陈稗,昂海松. 江苏航空. 2011(03)
[8]舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨[J]. 曲飞,陆超,姜治芳,王涛. 中国舰船研究. 2009(05)
[9]舰船空气尾流场对直升机着舰的影响研究[J]. 赵维义,王占勇. 海军航空工程学院学报. 2007(04)
[10]基于神经网络模型的舰面流场仿真算法[J]. 孙文胜,林明. 中国工程科学. 2003(05)
硕士论文
[1]航母尾流模拟及舰载机着舰控制的初步研究[D]. 安军.华中科技大学 2012
[2]载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究[D]. 王祎.哈尔滨工程大学 2010
[3]舰载直升机系留座分布及系留载荷的仿真研究[D]. 金仲林.南京航空航天大学 2006
本文编号：3383912
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空母舰战斗群航母战斗群是舰载机的海上起降平台，其主要攻击力量是舰载机，舰载机在航母上
图 2.1 三维计算网格为了能利用计算机进行计算求解，需要将物理问题的微分型的控制方程转化为节点上的代数方程组。论文在直角坐标系下建立船舶空气流场的连续性方程的离散方程，三维计算网格划分如图 2.1 所示。对(2-1)连续性方程对控制体方程两边积分：t0n e t e n n e tb s w b w s s w bu v wdx dydz dy dxdz dz dxdyx y z + + = (2-12)以方程左侧第一积分项的运算为例进行运算：t t=n e ne wb s w b suu udx dydz dydzx x x t=nE PP Wb sPE WPu uu udydzδ x δx (2-13=( ) ( )E p P WPE WPy z y zu u u uδ x δxΔ Δ Δ Δ 把离散方程表达成标准形式：P P W W E E S S N N B B T Ta u a u a u a u a u a u a uy z y z x z x z x y x y = + + + + + Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ
并包含了一些不稳定的成分，在航母表面几何结构生成的自由涡是非粘性和粘性相互作用产生的，其中由于边缘和尖角产生的涡称为不稳定流动。这些不稳定成分通常是高频的，会很快消失，他们的平均值通过稳态求解就能被合理准确地捕捉到。本章对 SFS 船型空气流场进行了稳态计算，并利用文献中的风洞实验结果验证了方法的可行性和计算结果的准确性。3.1 甲板风的定义在本文航母甲板流场流场特性研究中，需要定义甲板风，甲板风的定义如图 3.1 所示，在如图所示的坐标系下，在大气自然风windV 的条件下，航母的的航行速度为shipV 甲板风定义为船速和风速的矢量差，即为wod wind shipV = V V。假设shipV 和windV 均与海平面平行，定义甲板风的值为wodV ，其在 X、Y、Z 轴的分速度风别为 U、V 和 W,定义甲板风的大小为BU ，方向角为θ ，如图 3.1 所示。图 3.1 中所示的甲板风为左舷风，右舷风关于 X 轴对称的相反方向。在论文的各章节中的入口风条件均为甲板风，并规定正风向角为左舷风，负风向角为右舷风。
【参考文献】：
期刊论文
[1]风向对舰船甲板流场结构影响的数值研究[J]. 孙鹏,刘文峰,钟兢军,陈圣涛. 大连海事大学学报. 2016(01)
[2]多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究[J]. 张术佳,赵佳,孙鹏,刘文峰,钟兢军. 大连理工大学学报. 2015(05)
[3]舰船非定常气流场数值模拟[J]. 贺少华,刘东岳. 大连海事大学学报. 2015(03)
[4]应用于直升机/舰动态配合的舰面流场建模仿真关键技术[J]. 马鸿儒,孙文胜,穆志韬,李旭东. 海军航空工程学院学报. 2014(05)
[5]典型舰艇空气尾流特性分析[J]. 陈继祥,朱旭程,王强,刘济民. 海军航空工程学院学报. 2012(05)
[6]航母的“手臂”——舰载机[J]. 孔鸿滨. 科学24小时. 2011(10)
[7]舰载飞机起降特点及性能分析[J]. 陈稗,昂海松. 江苏航空. 2011(03)
[8]舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨[J]. 曲飞,陆超,姜治芳,王涛. 中国舰船研究. 2009(05)
[9]舰船空气尾流场对直升机着舰的影响研究[J]. 赵维义,王占勇. 海军航空工程学院学报. 2007(04)
[10]基于神经网络模型的舰面流场仿真算法[J]. 孙文胜,林明. 中国工程科学. 2003(05)
硕士论文
[1]航母尾流模拟及舰载机着舰控制的初步研究[D]. 安军.华中科技大学 2012
[2]载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究[D]. 王祎.哈尔滨工程大学 2010
[3]舰载直升机系留座分布及系留载荷的仿真研究[D]. 金仲林.南京航空航天大学 2006
本文编号：3383912
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