水动力系数

摘要： 文中利用Fluent软件对层流(Re=200)与湍流(Re=3900)两种流动状态下的旋转圆柱绕流进行数值模拟研究,分析了不同转速比α(0≤α≤8)下旋转圆柱绕流特性,对比研究升力系数C_(L)、阻力系数C_(D)、斯特劳哈尔数Sr及尾部涡流情况.结果表明:随着旋转比的增加,两种流态下均发现了五种尾流结构形态,但在高旋转比下存在区别;水动力系数随旋转比的变化规律一致,升力系数均值增大,阻力系数均值先减小后增大,Sr随旋转比的增大而减小,且第二不稳定阶段的Sr值比第一不稳定阶段要小很多;与层流相比,湍流情况下升阻力系数均值(时间均值)随旋转比变化速率较缓,而Sr值随旋转比变化较快.

摘要： 网架式模块化深远海养殖平台由多个网架式网箱模块组合而成,能更好的适应深远海环境。为便于分析网箱模块浮架结构强度,本文不考虑网衣的作用,只针对单个网箱模块浮架结构屈服强度开展研究。采用Morison方程结合CFD计算的网架结构水动力系数,计算网箱浮架结构波浪载荷响应,确定设计波参数,计算得到设计载荷。然后应用有限元方法,计算浮架结构在设计载荷下的应力响应,对结构的屈服强度进行校核,对球、管节点进行网格细化以对其进行局部强度分析。研究结果表明设计的网架式网箱浮架结构在6 m波高下结构屈服强度满足规范要求。

摘要： 作为水下航行体的重要附体之一,围壳对其操纵性水动力系数存在重要影响。为此基于相对参考坐标系方法,开展旋臂水池数值仿真研究。通过与模型试验数据对比,建立了线性旋转速度系数的数值计算方法。在此基础上研究有无围壳状态、围壳在水下航行体上的轴向位置工况下水下航行体的水动力系数和流场特性,得到了围壳对水下航行体流场和水动力系数的影响。

摘要： 针对水下观测和海底移动检测作业需求,提出一种复合驱动水下机器人。为实现水中游动与海底爬行,采用螺旋桨与履带移动底盘的复合驱动形式。通过对水下机器人进行数学建模,基于ICEM和Fluent水动力分析软件,模拟复合驱动式水下机器人水平直航、水平斜航、垂直斜航、加速直航运动实验,并采用最小二乘法对仿真数据进行拟合处理,获得相应水动力系数。研究结果为复合驱动式水下机器人结构优化与运动控制提供重要的数据基础和理论支撑。

摘要： 针对独柱墩-自浮式防船撞装置耦合体系,开展室内波浪力试验并总结相关规律,利用试验结果验证校准AQWA数值模型。根据结构所受波浪压强的分布情况,利用Morison公式提取相应的荷载并得到结构水动力系数。考虑波浪高度、波浪周期、防撞装置断面形式和大小、防撞装置自浮比等影响因素,计算结构惯性力系数和接触力系数与相关因素的定量关系。研究表明:自浮式防撞装置起伏运动产生辐射波浪,使墩柱波压强数值偏大但不改变总体分布趋势。结构间接触力随机变化,可把结构接触力与墩柱波浪力之间的比值定义为接触力系数。计算得耦合体系中墩柱的惯性力系数达到2.175左右,防撞装置的惯性力系数达到2.125左右,接触力系数达到1.340左右。

摘要： 针对水下滑翔机载机空投部署和潜艇管式发射部署的应用需求,本文设计了一种新型柔性可折叠翼水下滑翔机。采用CFD数值模拟方法对水下滑翔机不同翼面形变下的升力、阻力与俯仰力矩进行计算,利用最小二乘法拟合得到翼形变与水下滑翔机水动力系数之间的函数关系。基于牛顿-欧拉方程建立柔性可折叠翼水下滑翔机在流体中的动力学模型,通过设定模型中净浮力和重心调节控制参量并改变翼面形变量对锯齿和螺旋两种典型滑翔模式进行仿真。根据仿真实验结果得到了两种滑翔模式下滑翔机运动参数与翼面形变量之间的关系,为后续滑翔机自适应翼形变控制和运动性能优化提供了良好的研究基础。

摘要： 由于潜器运动方程中水动力系数对潜器运动操纵性参数的影响程度各不相同,为确定流体动力布局中的各因素对操纵规律的影响程度,简化操纵运动方程。通过引入水动力敏感性指数S,量化水动力系数和操纵运动参数间的关系,以潜器六自由度方程中各水动力系数为研究对象,求出各水动力系数敏感性指数。结果表明:(角)速度系数和舵角系数敏感性较大,在设计阶段需重点考虑流体动力布局对其参数的影响且在求取其水动力系数时需保证其精度。本文研究成果可为潜器的设计和操纵运动方程的简化提供理论支撑。

摘要： 本文根据无入水面艇(USV)回收自主水下机器人AUV需求,设计了一款V型拖曳装置(V型翼).通过STAR-CCM+流体仿真分析软件,在航速3 kn情况下,采用空间拘束法求解了V型翼的部分水动力系数,建立了V型翼水动力模型,并进行运动稳定性分析.外场试验数据分析结果显示,稳定拖曳状态下,舵角和V型翼纵倾角具有响应关系,对其进行公式推导,将计算值与实测数据进行对比,两者吻合程度较好.

摘要： [目的]针对潜艇运动模型中水动力系数难以准确获取的问题,采用平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)算法进行系统辨识.[方法]首先,以潜艇垂直面运动非线性数学模型为基础,结合SR-UKF算法,建立潜艇垂直面水动力系数辨识模型;然后,利用自动操舵控制潜艇在垂直面进行类正弦机动,将运动仿真生成的数据作为SR-UKF参数辨识的输入,并加入测量误差的影响;最后,通过数值仿真计算对潜艇垂直面机动的6个黏性无因次水动力系数进行辨识.[结果]仿真结果表明,全部待识别水动力系数在3000 s内均收敛至固定值,通过合适的初值选取,辨识结果与水动力试验所测定标准值的最大误差仅1.5％.[结论]SR-UKF能有效应用于潜艇水动力系数辨识,并可进一步拓展用于实艇的水动力系数辨识.

摘要： 文中建立了水下航行器垂直面内机动水动力系数辨识模型,分别采用扩展卡尔曼滤波(EKF)和平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)算法,对模型中突出影响操纵性能的水动力导数进行了辨识.仿真结果表明:当首尾升降舵都采用幅值为10°正弦规律操舵,将水下航行器的状态参数作为测量输入,两种算法都有很高的辨识精度,与水动力导数试验测定值进行比较,SRUKF和EKF的最大辨识误差仅2.98％ 和0.91％.此外,由于水下航行器垂直面运动模型线性度较高,无论是辨识精度还是收敛速度,EKF算法的性能都优于SRUKF,更适用于线性水动力系数的在线识别.

摘要： 本研究基于STAR-CCM+软件对倒π型结构防波堤进行强迫垂荡计算,将所得出的水动力系数同势流值进行比较,研究了该种结构防波堤的水动力黏性效应.结果表明,此种防波堤的水动力系数与其运动的频率及幅值相关.黏性对附加质量的影响只有在大幅运动时(振幅吃水比＞3/20)才能体现出来,并且对频率的变化并不敏感;而黏性对阻尼系数的影响在小振幅时(振幅吃水比＜1/20)就能体现出来,并且对频率的变化十分敏感,高频运动时(ω＞12)体现的最为明显.

摘要： 为了研究大波幅非线性波浪作用下近水面水平圆柱上波浪力和水动力系数的特征,本文基于黏性流理论和有限体积方法开发了数值波浪水槽模型,分析了入射波波幅和波频率对波浪力特征的影响,提出了可以考虑圆柱完全暴露于空气情况的改进Morison方程,通过大量的数据拟合得到了水动力系数,并给出了参考值.研究发现,圆柱上波浪力随波幅和频率增大逐渐增大,而由于浮力占重要比例,正垂向力受波频率的影响并不显著;所得惯性力系数和速度力系数最大值相比淹没圆柱在线性波浪作用下的水动力系数较大.

摘要： 主要针对自升式海洋平台桁架式桩腿进行了水动力系数实验研究.实验物模缩尺比选用1∶10,在实验水池内搭建波流载荷模拟实验平台,分别进行海流、海浪及波流耦合水动力实验,利用应变传感器、声发射传感器及加速度传感器进行全信息数据采集,最后基于英里森方程,求解计算自升式海洋平台桁架式桩腿的拖曳力系数和惯性力系数.通过分析得到了水动力系数的取值范围,以及在不同波流入射角下平台桁架式桩腿的水动力系数与雷诺数Re、KC数的关系曲线.首次提出一种基于遗传算法的桁架式桩腿水动力系数求解算法,并通过与传统求解方法(最小二乘法、瞬态求解法)的对比分析,验证了该算法具有高效、准确的优点,极大的节约了计算成本.研究成果可以更好指导自升式平台的优化设计,具有重要的理论意义和工程应用价值.

摘要： 对于自升式平台桁架式桩腿波流载荷的研究,通常采用理论计算和模型试验两种方法,所使用的模型通常为多根圆柱桩组成的群桩模型别考虑弦杆、斜杆和水平杆各部分的波流载荷,再考虑杆件之间的遮蔽作用和干扰效应对整体的影响,工作量极大而且相当繁琐,因此通常忽略弦杆上齿条产生的影响,使得计算结果不够精确.由于齿条改变了弦杆外部的形状和尺寸,若单独研究一根弦杆上的波流载荷,齿条对其的影响则不应忽略,其外形尺寸直接会影响周围流场的变化,从而导致Cd,Cm系数的变化,在相关研究过程中应得到重视.为进一步精确设计桁架腿式自升式平台的桩腿部分,通过单一带齿条弦杆的模型试验来测量计算其水动力系数的方法具有很重要的研究价值.

摘要： 针对安装稳定鳍的小水线面双体船(Small Waterplane Area Twin Hull,SWATH),基于三维移动脉动源格林函数(Three Dimensional Translating-pulsating Source Green Function,3DTP)求解的水动力系数,通过频时域转换法求解时延函数,并计入两片体间的水动力干扰、粘性和稳定鳍的影响,建立了小水线面双体船耐波性时域线性计算方法.比较了在平动坐标系和随动坐标系下求解船体运动方程对运动计算结果的影响,并与频域计算结果和试验结果进行了对比.结果表明,在重心随动坐标系下求解船体运动方程,能够得到更准确的运动计算结果.采用频时域转换法求解时延函数快速高效,在此基础上建立的SWATH耐波性时域线性计算方法能够获得与频域计算结果和试验结果吻合良好的结果.

摘要： 以脉冲响应函数和泰勒展开边界元相结合的方法,分别基于NK和DB假设考虑定常势对非定常势的影响,对船舶水动力系数(附加质量和兴波阻尼),全浪向船舶F-K力和绕射波浪力脉冲响应函数求解.以Wigley船为例分析了以下参数的敏感性,包括脉冲计算总时间、时间步长,计算域大小,船体网格数目,自由面与匹配面网格密度.数值结果表明脉冲计算总时间需要取合适的取值范围,其他参数影响不大.

摘要： 伴随着自主式水下航行器应用范围的扩大,现在对其自主性的要求也在不断提高.浙江大学自主研发的新型自主式水下直升机-AUH,其独特的碟型形状,目标是实现全周转向、定点悬停、精确着陆、自由起降的"四个任意"功能.本研究以该AUH为研究对象,利用CFD方法计算其水平运动、竖直运动及旋转状态下的水动力,并经过换算及数值拟合处理得到AUH水动力系数.通过Fluent中的UDF功能定义AUH匀加速运动,从而得到其附加质量系数.此外,由于AUH特殊的旋转体外形,我们对其旋转状态下受到的Kutta-Joukowsky力进行了计算分析,得到的不同运动状态下的水动力系数及其规律,将为其推进器的选用及控制器的设计提供依据,以及在其运动仿真中提供必要的参数.

摘要： 本文以一艘自行设计的多航态无人艇模型为基础,在船模不同纵摇角度和不同吃水状态下进行了自由衰减实验.根据无人艇模型的特点建立了相应的数学模型.通过辨识程序对实验数据进行优化分析,得出摇摆过程中纵摇角速度以及纵摇角加速度.根据数据绘制纵摇角度曲线,得出各水动力系数的变化规律.最后对处理过的数据进行后期分析,给出相关的水动力系数.本文对无人艇的研究,可以为改善无人航行器耐波性提供技术支持,并提出相应的改善方法.也可以根据研究结果分析其潜在价值和发展前景.

摘要： 在船体首部加装半潜体可以有效改善船舶的纵向运动性能,首部半潜体产生的粘性阻尼可以起到减摇的效果.为了考虑半潜体的粘性阻尼,本文采用RANS方法计算船体水动力系数.文中分别采用二维方法和三维方法计算了船体水动力系数,讨论了不同湍流模型对水动力计算结果的影响,并与源汇分布法计算结果进行比较分析.文中还对三维RANS方法不同网格划分方式和不同湍流模式的计算效率进行了探讨.通过计算分析给出了适用于加装半潜体船型水动力系数的计算方法.

摘要： 本文针对水下滑翔机在不同载荷和倾斜角度的情况下进行了一系列横摇衰减试验,获得相应的横摇角速度变化曲线和横摇角加速度变化曲线.建立了非线性横摇运动模式系统识别的数学模型.基于系统辨识的原理,建立了目标函数.改编基于Visual Basic 6.0的遗传算法系统辨识程序,对水下滑翔机的实验数据进行辨识,验证所编程序的可行性.从典型小角度和大角度下的识别结果来看,对于无人水下滑翔机,非线性数学模式的辨识结果较好.最后,对处理过的数据进行后期分析,给出了相关的水动力系数.

摘要： 本发明涉及船舶动力定位领域，具体涉及一种基于最小二乘法的自适应遗传算法，对动力定位船舶进行建模，辨识动力定位船舶的水动力系数的方法。本发明包括如下步骤：（1）确定船舶水动力系数；（2）获取实船航行的纵向速度u，横向速度v，回转率数据r；（3）获取船模的纵向速度u

摘要： 本发明公开了一种欠驱动水面机器人的水动力系数混合自适应估计方法。获取物理参数，建立性动力学模型；建立水域流场的网格划分模型，且划分为网格；仿真获得横荡力曲线和艏摇力矩曲线，利输入线性动力学模型拟合得水动力系数；以水动力系数向量作为迭代过程中的初始值并设置自适应范围，通过水池试验获得给定推力下的姿信息，处理获得速度向量的估计值向量，计算辅助误差向量，建立参数自适应率公式获得估计值向量；重复步骤迭代循环，直至水池试验获得位姿信息均迭代循环处理过。本发明结果更逼近真实值，充分考虑了测量噪声及外界干扰的影响，更加符合测量实际，避免了对速度求导所造成的加速度信息精度低的问题。

摘要： 本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种高压海底电缆水动力系数测量装置及其测量方法，包括吊挂组件、强迫振动驱动组件、线位移传感器及拉力传感器，所述吊挂组件包括第一吊挂绳，吊挂组件用以对试验件进行吊挂，所述强迫振动驱动组件与第一吊挂绳配合连接，其通过第一吊挂绳与试验件连接，并用以驱动试验件在垂直方向上运动，所述线位移传感器用以采集试验件的位移数据，所述拉力传感器用以采集试验件所受到的水动力。本发明解决了传统方式测量根据手册和经验公式查找水动力系数精度低，不准确，成本高等问题，建立了海底电缆水动力系数测量装置。

摘要： 本发明涉及一种船舶水动力系数的实船试验方法，包括以下步骤：(1)、确定试验场地和气象环境；(2)、在舵角为0的情况下，在不同的主机转速下航行，记录每种主机转速下的经纬度、主机转速以及风速和风向并基于其建立纵荡方向上的船舶运动模型；(3)、在不同的主机转速下航行，在每种主机转速下使舵角每5‑10分钟改变一次，记录每种主机转速下的经纬度、艏向角、舵角以及风速和风向并基于其建立横荡方向上的船舶运动模型；(4)、基于步骤(3)中记录的数据建立艏摇方向上的船舶运动模型；(5)、采用模型参数识别算法对船舶运动模型进行迭代求解，获得最终的水动力系数。其采用实船海试加参数辨识的方法确定水动力系数。

摘要： 本发明提出了大型结构物水动力系数测量装置及其测量方法，所述测量装置包括：实验水箱；支撑框架，其设在实验水箱上；丝杠加载及驱动组件，其包括横向丝杠和垂向丝杠以及用于驱动两者的驱动组件，横向丝杠连接在支撑框架上，垂向丝杠下方通过连接机构连接管汇模型；所述驱动组件驱动丝杠带着管汇模型在实验水箱内按照设定的要求沿X方向、Y方向和Z方向实现管汇的平动与振荡运动模拟；和测量系统，其包括连接在丝杠和驱动组件上的应变片、传感器以及与传感器或应变片连接的数据采集装置。该测量装置深水油气开发水下大型结构物下放与安装的水动力分析、计算提供实验装置，准确的预测模拟出大型结构物在下放安装过程中的运动响应与动力响应等运动规律。

摘要： 本发明涉及三维声弹性广义水动力系数的高效并行算法，包括如下步骤：基于有限元软件得到船舶干模态的振型位移矩阵；将频率总数和总进程数分别分至各个频率分组中；对各频率分组内的各个频率得到Green函数矩阵及其偏导数矩阵；针对单个频率构建湿面元源强矩阵方程，对该方程中Green函数偏导数矩阵和振型位移法向分量矩阵进行二维并行划分，计算得湿面元源强矩阵；计算广义水动力系数中干模态附连水质量和附连水阻尼。本发明针对船舶三维声弹性分析方法，将频率总数分至各频率分组中并行计算，并对Green函数偏导数矩阵和振型位移法向分量矩阵进行二维并行划分，有效解决了计算量大的瓶颈问题，大大提升了船舶三维声弹性分析方法的大规模工程计算适用性。

摘要： 本发明涉及船舶动力定位领域，具体涉及一种基于最小二乘法的自适应遗传算法，对动力定位船舶进行建模，辨识动力定位船舶的水动力系数的方法。本发明包括如下步骤：（1）确定船舶水动力系数；（2）获取实船航行的纵向速度u，横向速度v，回转率数据r；（3）获取船模的纵向速度u

摘要： 本发明涉及水下航行器技术领域，旨在提供一种基于CFD软件的水下航行器水动力系数测算方法。包括：建立水下航行器的外轮廓3D模型，进行优化处理后导入CFD软件中；建立流场模型，对于变速和旋转运动中需额外建立重叠网格模型；设定区域和边界条件后划分网格，建立六自由度DFBI运动体；根据模拟运动的类型给予自由度，分别进行各个自由度上的匀速平移运动、变速平移运动、旋转运动的模拟，并记录相关动力学参数；对CFD软件所得到的航行器受力/力矩、速度/角速度、加速度/角加速度，应用MATLAB软件进行曲线拟合与曲面拟合，得到相应的水动力系数。本发明步骤简便，可重复性高；稳定可靠，结果准确；门槛低，易于实现；应用范围广，能实现跨介质参数计算。

摘要： 本发明涉及水下航行器领域，特别是一种求解水动力系数的建模方法，所述方法通过建立一个数值模型、编译速度进口与重叠区域运动函数、和叠加运动控制舵转获取多组工况下力和力矩,以获取位置导数、控制导数等，减少了数值模拟建模和模型三维舵转建模等的工作量，缩短计算时间和尽可能多的获取求解所需的数据，简化了数值建模过程。

摘要： 本发明涉及一种船舶水动力系数的实船试验方法，包括以下步骤：(1)、确定试验场地和气象环境；(2)、在舵角为0的情况下，在不同的主机转速下航行，记录每种主机转速下的经纬度、主机转速以及风速和风向并基于其建立纵荡方向上的船舶运动模型；(3)、在不同的主机转速下航行，在每种主机转速下使舵角每5‑10分钟改变一次，记录每种主机转速下的经纬度、艏向角、舵角以及风速和风向并基于其建立横荡方向上的船舶运动模型；(4)、基于步骤(3)中记录的数据建立艏摇方向上的船舶运动模型；(5)、采用模型参数识别算法对船舶运动模型进行迭代求解，获得最终的水动力系数。其采用实船海试加参数辨识的方法确定水动力系数。