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舰/舰补给系统中水动力学问题的数值仿真研究

王建方  
【摘要】:为了增强海上综合补给和快速补给能力以提高舰船生存和持续作战能力,对舰船海上补给提出了许多新的要求,例如迅速“抢占”最佳补给点在规定时间内完成物资补给;在高海情下实现多向海上立体补给等。舰船海上航行补给作为海上后勤保障的—个重要环节,已越来越受到世界各国海军以及造船界学者的关注。两舰船在海上实施航行补给时,作用在每条舰船上的流体动力将与仅有一条舰船航行的情况不同,舰船不仅会受到相邻船的扰动波反射的影响,相邻船可能还会对它产生遮蔽效应。因此研究舰船之间的水动力干扰已成为舰船海上补给理论研究的关键之一。为此,本文将从理论上研究两船以相同航速在静水或波浪中运动时产生的线性与非线性的水动力干扰效应,为舰船海上横向补给间距、航速以及航向的优选提供一定的技术指导。本文主要开展了以下几方面的工作: 1.基于线性势流理论,采用二维切片法(STF)研究波浪中两个浮体以相同航速航行时所产生的水动力干扰效应,通过数值计算预报两浮体的五自由度耦合运动响应。 2.研究并提出了一种预报两船在波浪中做耦合运动的三维频域方法。计算中对两船在波浪中水动力干扰的辐射问题简化,即把辐射问题分解为两种情况,一种是船a做摇荡运动而船b不做摇荡运动,另一种是船b做摇荡运动而船a不做摇荡运动,建立了两个浮体在波浪中以一定间距航行时流场速度势的定解条件,并引入三维无航速频域Green函数,采用源汇分布法求解两船的非定常扰动势。通过航速修正计算两浮体在波浪中干扰的水动力系数,并根据刚体动力学原理建立两船的耦合运动方程预报两船六自由度运动响应。为了校核程序,研究了有限水深两个相同圆柱在横浪中的水动力干扰效应。并且计算了零航速与有航速的两船在深水中迎浪航行的耦合运动响应。另外分析了间距对水动力干扰的影响。 3.进而基于三维频域分析方法,采用谱分析法预报不规则波中载重点处两船的三个方向相对运动有义幅值,应舰船海上航行补给需求提出一种有效地优选舰船航速与横向间距的方法,通过对补给船和接收舰在不规则波中多个浪向多个海况不同航速以及不同横向间距的数值计算,为海上横向补给两船航速以及阵位


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