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仿生鳍在船舶减摇中的应用与仿真研究

陈林  
【摘要】: 减摇鳍是应用最广泛的船舶减横摇装置之一。长期以来有众多科研工作者对减摇鳍做了很多方面的研究和改进,这些研究和改进主要集中在两方面,一是对减摇鳍的控制系统的改善,主要围绕被控制对象模型参数多变的情况而进行的,为此有了自适应、神经网络等方面的研究和应用;二是如何提高减摇力矩,主要围绕减摇力矩来开展的,改进鳍型是可以提高减摇力矩的。仿驼背鲸减摇鳍就是一种特殊的前缘变形减摇鳍它具有前缘凸凹节结构。 本文所做的研究,是通过流体动力学的思想,来优化或提高减摇鳍的升力系数,所控制的对象由减摇鳍本身扩大到了减摇鳍所工作的流场。仿驼背鲸减摇鳍特殊的前缘凸凹节结构能有效的延迟失速,推迟边界层的分离,从而能提高减摇鳍增升减阻的能力。该鳍型在相同的攻角下能产生更大的升力以及提高减摇鳍的失速角,提高减摇鳍的减摇能力。 面对同样是情况多变的海洋,水生海洋动物却做的很好。他们经历了大自然几百万年乃至数十亿年的进化,它们所采用的运动方式和身体的形状已经非常好的适应了周围的环境,它们进化出了效率很高的游动机构及表面微结构,其表面摩擦阻力和压差阻力也都相当的低。本文在以仿生学和流体力学相关的基础上,对仿驼背鲸减摇鳍鳍型进行进一步的研究。建立了解析解的升力模型并借助计算流体力学软件FLUENT,对这种特殊的前缘凸凹节鳍型进行升力数值计算,通过比较验证了该模型的正确性。在与相同条件下的标准鳍型水池实验数据进行对比我们发现在攻角相同的情况,仿驼背鲸鳍这种鳍型能提供更大的升力。最后,通过MATLAB软件对仿驼背鲸减摇鳍的减摇效果进行仿真能得到预期的结果。 采用仿驼背鲸减摇鳍这种鳍型,既不会给船舶带来附加设备或额外的能量消耗及空间占用,也不会对流体造成污染,仅仅依靠直接改变壁面形状就可以起到很好的增升效果及其更好的减摇效果。所以经过更进一步的研究,这种仿驼背鲸减摇鳍的应用前景一定是很广阔的。


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