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变形减摇鳍的增升原理研究及数值计算

杨松柏  
【摘要】: 减摇鳍是应用最广泛的船舶减横摇装置之一。长期以来已经有众多科研工作者对减摇鳍做了很多方面的研究和改进。在众多的减摇鳍研究过程中,可以总结出两大类思想:1.对减摇鳍控制系统的改进。比如鳍角反馈控制,升力反馈控制。2.对鳍型的改进。其中对减摇鳍控制系统的改进发展比较成熟,但是对鳍型的改进在国内尚不多见,只有类似在航空领域中对翼型的改进研究。 本文所做研究主要基于第二种研究思想,通过改进鳍型来提高减摇鳍的减摇能力。在一定攻角下,它所产生的升力随着攻角的增加而增加。但是当攻角过大时,就会发生失速情况,减摇鳍上边面流场的边界层发生分离,升力急速下降、阻力急聚增加。在减摇鳍增加攻角的过程中,为了能增大减摇鳍升力系数并推迟失速角发生,本文提出了减摇鳍的两种变形方式——前缘柔性变形和后缘柔性变形。通过前缘后缘的柔性变形来控制减摇鳍表面的流场分布,尽可能的推迟减摇鳍上表面流场的边界层分离。由流体力学知识可知,推迟鳍表面的边界层发生分离能提高减摇鳍增升减阻的能力。从而使减摇鳍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。然后用FLUENT软件对变形前后的减摇鳍进行数值计算和比较。更进一步说明变形后的减摇鳍的优越性。最后把变形减摇鳍加载到某一型船上,对其减摇效果进行仿真。 采用柔性变形设计的减摇鳍,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。具有一定的研究价值


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