针对翼滑艇的水动力特性的研究,目前主要集中在实艇和船模的快速性试验以及准定常情况下的流场分析及阻力计算等,包括艇底部的压力分布、水翼升力及船体阻力等 。 研究成果表明翼滑艇的快速性优于传统结构形式的滑行艇和水翼艇。而前期研究也表明,在准定常条件下,翼滑艇的水动力系数及压力分布规律在不同的速度有显著的不同。[9]这就意味着在非定常过程中翼滑艇的水动力特性会有显著的瞬态效应。而非定常过程在实际中非常常见,比如加速、减速、转弯、靠泊等过程。事实上,由于受海洋波浪的影响,稳态或者准定常过程基本上不可能出现。因此研究翼滑艇在高速航行过程中的流体动力特性与艇体姿态、浸湿面积、运动速度等存在的强耦合关系,研究翼滑艇在不同航速、不同姿态及不同水翼和不同艇体配置形式下的流场特性和流体动力特性是探明高速翼滑艇复杂运动机理的首要任务。通过开展高速翼滑艇瞬态流体动力特性研究,完善翼滑艇流体动力特性的分析方法,揭示艇体与水翼之间的相互影响规律、建立翼滑艇的运动方程,对于开展新型高速翼滑艇流体动力布局设计、探明高速翼滑艇的流体动力特性机理具有重要的理论和工程实用价值。对于翼滑艇瞬态水动力的研究,目前尚未见文献报道。但是对传统结构的高速艇(比如滑行艇和水翼艇),瞬态水动力研究及其重要性有过部分报道,包括航行姿态、航速变化对船体水动力特性的影响,船体高速运动引发的液体飞溅的影响等。

对于航行姿态、航速变化对船体水动力特性影响的现有研究主要集中在滑行艇上。[10]Hui Sun and Odd M。 Faltisen。(2007)利用 2D+t 理论及完全非线性边界元方法数值开展非线性时域模拟,计算了滑行艇的附加质量、阻尼系数及恢复力系数。研究结果表明艇体水动力系数、纵摇幅值以及重心高度对于滑行艇的运动响应产生显著影响; R。Azcueta(2003)通过分别求解定常与非定常带自由表面的 RANS 方程和物体运动方程计算滑行艇在高速运动下的阻力和 6 自由度运动响应,预报了滑行艇的运动特性,并将计算结果同大阪府立大学的水池试验结果和 Soding 基于 Wanger 水动力冲量理论的计算结果进行比较, 得到了比较一致的结论;王兆立等(2009)利用商用软件 FLUENT 数值模拟了滑行艇在静水中的直航运动,给出了滑行艇阻力随航行速度的变化曲线,探讨了滑行艇底部的压力分布及尾流场[3]。这些研究均表明了非定常时域研究对探讨高速船水动力特性的重要性。

对于导致非定常现象的另一个主要问题-波浪,国内外研究者也进行了相关的研究。[11]瑞典皇家工学院的 A。Rosen 和 K。Garme 教授(2004)通过在模型底部安装压力传感器,分别在静水、迎浪及斜浪规则波、不规则波中开展高速拖曳试验,给出了艇体表面压力分布的时间历程、模型阻力及其运动响应;[12]Anders Rosén(2004)分别利用试验测试与数值计算分析了滑行艇在波浪中的水动力载荷及运动响应特性,基于加速度测量及压力分布重构方法试验分析确定了滑行艇受到的垂向力及纵摇力矩Toru Katayama (2000)针对 Froude 数 Fr=2~5 的高速/超高速滑行艇在规则波中的运动响应特性进行了预报分析,并采用试验方法测定艇体的水动力系数,结果表明,对于水面高速艇而言,流体动力载荷的微小改变将对其运动响应产生显著影响。该试验研究很直接表明高速船普遍存在的液体飞溅现象对船体的运动产生的潜在影响。[4]类似的研究还包括:Toru Katayama(2002)探讨了高速滑行艇模型阻力试验及运动姿态测量的尺度效应,指出模型尺度对滑行艇须状喷溅的发生位置、尾封板的压阻力、湿表面积以及艇体底部的压力分布等均产生重要影响,进而发展出高速滑行艇的阻力模型试验方法[5];F。J。 Huera-Huarte(2011) 进行了滑行平板的水动力载荷试验, 通过弹性冲击试验系统研究了滑行平板在水面航行时的运动特性,开展了高速小攻角、低速变攻角等工况的试验测试,指出当滑行平板攻角低于 5 时,平板表面的空泡现象可以缓解平板受到的冲击力,进而降低了喷溅效应。

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