考虑单气泡运动特性的舰船尾流气泡分布研究

美军标（MIL-HDBK-1797）舰尾气流场1997-12-191. 选择这个模型的原因选择这个模型的理论是基于以下两个原则：1. 使模型尽量简单；2. 使用一些和飞机动力学特性和飞行品质有直接关系的参数。

2. 舰尾气流场参数含义jΩ 空间频率（减弱），单位：Rad/ft.；t 时间，单位：s ；g u 沿着x 轴方向的平移的干扰速度分量，向前为正，单位：Ft. /s ；g v 沿着y 轴方向的平移的干扰速度分量，沿着驾驶员的右手为正，单位：Ft. /s ； g w 沿着z 轴方向的平移的干扰速度分量，垂直向下为正，单位：Ft. /s ； 注意：g u ，g v ，g w 都包含高斯（正态）分布；/w d V 甲板风速，单位：Ft. /s ；X 距航母纵摇中心的距离，在船尾方向为负值，单位：Ft.；,RMS σ 随机扰流强度的均方根，这里200()()d d σωω∞∞=ΦΩΩ=Φ∫∫；3. 航母舰尾流场模型在舰载机引导仿真中，舰尾气流场模型应当飞机距离航母舰尾0.5英里处开始使用。

舰尾流场扰动模型中的水平u 分量方向与甲板风方向平行。

舰尾气流场模型由随机自由大气扰流、舰船尾流稳态值、舰船运动引发的周期紊流和舰船尾流随机扰流组成。

其中，自由大气扰流值由水平分量u 1、横向分量v 1和垂直分量w 1组成；舰船尾流稳态值由水平分量u 2和垂直分量w 2组成；舰船运动引发的周期紊流值由水平分量u 3和垂直分量w 3组成；舰船尾流随机扰流值由水平分量u 4、横向分量v 4和垂直分量w 4组成。

因此，舰尾气流场模型各个方向的分量u g 、v g 、 w g 由下式（1）计算： 123414123g g g u u u u u v v v w w w w w ⎧=+++⎪=+⎨⎪4=+++⎩ (1) 所有随机扰流滤波器的输入应当是以下三种类型：白噪声信号、零均值高斯输出、单位方差随机数发生器。

3.1 自由大气紊流分量自由大气紊流分量是和飞机的相对位置无关的量，它可以由上文中的白噪声信号输出到滤波器而得到的下列空间频谱来代表：21222122212200()(/sec)/1(100)939[1(400)]()(/sec)/400[1(100)][1()]371.6()(/sec)/(1100)u ft v ft w ft ⎧⎪ΦΩ=⎪+Ω⎪⎪+ΩΦΩ=⎨⎪+Ω+Ω⎪⎪ΦΩ=⎪+Ω⎩per rad ft per rad ft per rad ft (2) 3.2 舰船尾流稳态分量舰船尾流稳态分量由一个减小的稳态风和一个占主导地位的舰尾上洗风组成，它们是距离的函数。

船舶阻力与推进1船舶快速性答：船舶快速性就是研究船舶尽可能消耗较小的机器功率以维持一定航行速度的能力的要求。

2船体阻力按照船舶周围流动现象和产生的原因来分类，船体总阻力可分成：答：兴波阻力、摩擦阻力、粘压阻力。

3常规船减小兴波阻力的方法有哪两种？答：1.选择合理的船型参数；2.造成有利的波系干扰。

4如何减小船体的摩擦阻力？答：首先从船体设计本身考虑，选择合理的船型参数，特别是主尺度的确定要恰当，其次，由于表面粗糙度对摩擦阻力的影响很大，因而在可能的范围内使船体表面尽可能光滑，另外边界层的控制以及船底充气都能有效的减小船体阻力。

5采用母型船数据估算法来确定设计船的阻力或有效功率有哪几种方法？答：1.海军系数法；2.引申比较定律法；3.基尔斯修正母型船剩余阻力法。

6降低粘压阻力对船型有哪些要求？答：1.应注意船的后体形状；2.应避免船体曲率变化过大；3.前体线型应给予适当注意。

7有效功率的定义答：若船以速度v航行时遭受到的阻力为R，则阻力R在单位时间内消耗的功为Rv,而有效推力eT v，两种在数值上是相等的，故eT v成为有效功率。

8螺距比是如何定义的？答：面螺距P和直径D之比P/D成为螺距比9空泡是如何形成的？答：螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背面压力降低形成吸力面，若某处的压力降至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面，进入气核并使之膨胀，形成气泡，成为空泡。

10当前设计船用螺旋桨的方法有哪两种？答：图谱设计法和环流理论设计法。

11螺旋桨的设计问题分为哪两类？答：螺旋桨的初步设计和终结设计。

12通过船模自航实验应解决哪两个问题？答：1.预估实船性能；2.判断螺旋桨、主机、船体之间的配合是否良好。

13船体主尺度对阻力有很大影响，在船长的选择时应考虑哪几方面的问题？答：1.布置要求2.阻力性能3.操纵性4.经济性。

《船舶阻力》思考题与习题第一章总论1）《船舶阻力》学科的研究任务与研究方法。

答：本课程着重介绍船舶航行时所受到的阻力的产生原因，各种阻力的特性，决定阻力的方法，影响阻力的因素以及减少阻力的途径等问题。

水下航行体热尾流浮升特性研究张昊春;吉宇;马锐;李垚;严利明;秦江【摘要】水下航行体排放的热尾流的浮升规律及其水面温度分布特征是红外探测的基础.本文从热尾流形成过程出发,建立水下射流的二维计算模型.基于Fluent软件的湍流数学模型,对温度分层和均匀环境介质中的热尾流的浮升特性及水面温度分布进行数值计算,并以VOF方法追踪了温度分层环境中的尾流界面,得到热尾流的轨迹与温度的衰减规律,对比分析温度分层环境与均匀介质环境中的异同.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)007【总页数】5页(P24-28)【关键词】水下航行体;热尾流;浮升规律;温度分布;数值模拟【作者】张昊春;吉宇;马锐;李垚;严利明;秦江【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;哈尔滨工业大学复合材料研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U661.1水下航行体(如潜艇)由于其极强的隐蔽性与突袭性，成为现代海战中的重要作战手段。

在发展潜艇技术的同时，对反潜技术的研究同样受到各国的高度重视。

由于潜艇在水下航行时需要冷却动力装置，尤其是核潜艇，因此会向海洋中排放大量的温热海水而形成热尾流，热尾流浮升至海面会使海面水温发生异常。

国外有专家估测，1台反应堆功率为190 MW的核潜艇每秒钟释放入海洋的热能多达1.89×108J，在速度为5 kn时，它排出的热能使其身后的水温升高0.2 K［1］。

随着遥感技术的发展，利用装载在飞机或卫星上的红外探测装置和高速摄像机等设备仪器可以发现水面上的热尾流，从而进行判断分析是否有潜艇。

为了解热尾流的形成机理与浮升规律，从而为红外探潜提供理论依据。

冲击波和气泡作用下舰船结构动态响应的数值模拟王诗平;孙士丽;张阿漫;陈海龙【摘要】针对水下爆炸载荷、瞬态流固耦合效应在舰船水下爆炸数值模拟中的困难,在现有水下爆炸载荷计算模型(Geers and Hunter)的基础上,结合边界元法,修正水下爆炸气泡载荷计算方法.针对用二阶双渐近法(the second-order doubly-asymptotic approximation,DAA2)在处理低频大幅运动流固耦合问题时的局限性,提出非线性双渐近法(nonlinear doubly-asymptotic approximation,NDAA),计入了舰船大幅低频运动、自由面效应等非线性因素,并与结构有限元程序相结合,形成一套适合于工程应用研究的舰船水下爆炸数值模拟程序.数值模拟结果与实验结果的平均误差在16.8％左右,说明NDAA方法可为冲击波和气泡对舰船结构毁伤数值模拟提供参考.%Aimed at the difficulties of underwater explosion load and instantaneous fluid-structure interaction in the numerical simulation of dynamic response of warship structures, based on the Geers-Hupter model, a modified model for calculating the underwater explosion bubble load was proposed by combining with the boundary element method. To overcome the shortcoming of the second-order doubly-asymptotic approximation (DAA2) method in treating the fluid-structure interaction with low frequency and large amplitude motion, a nonlinear double asymptotic approximation (NDAA) method was presented by considering the nonlinear factors such as the violent low-frequency response of the warship and its free surface effect. And a code was developed by combining the presented NDAA method with the finite element code to numerically investigate the dynamic response of warship structuressubjected to underwater explosion Shockwaves and bubbles. The mean error between numerical and experimental vertical vibration velocities at the different positions is about 16. 8% , and it displays that the presented NDAA method is feasible.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】6页(P367-372)【关键词】爆炸力学;非线性双渐近法;边界元法;舰船;水下爆炸;冲击波;气泡【作者】王诗平;孙士丽;张阿漫;陈海龙【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O382.1水下爆炸主要包括冲击波和气泡［1-13］，通常冲击波对舰船结构造成严重的局部毁伤，气泡对舰船造成总体和局部双重毁伤。

【目录】一、引言二、舰船尾迹的物理原理三、舰船姿态的影响因素四、舰船速度的影响因素五、舰船尾迹估计方法六、个人观点与总结【正文】一、引言舰船尾迹估计舰船姿态速度，是海洋工程和航海领域的重要课题之一。

在实际航行和船舶设计中，准确估计舰船的姿态和速度对于保障航行安全、提高航海效率至关重要。

本文将深入探讨舰船尾迹估计舰船姿态速度的相关内容，并提供一些个人观点和总结。

二、舰船尾迹的物理原理舰船在航行时，由于船体形状、船速和水流的影响，会在水面上产生一定形状和长度的尾迹。

这些尾迹的形成是由于船体在水中运动时，船体周围的水流受到扰动，形成了尾迹。

舰船尾迹的形状和长度受到多种因素的影响，包括舰船的体型、航行速度、推进方式等。

通过观察舰船的尾迹形状和长度，可以一定程度上推测舰船的姿态和速度。

三、舰船姿态的影响因素舰船的姿态受到多种因素的影响，包括船体形状、重心位置、载货情况等。

其中，船体形状对于舰船姿态起着决定性作用。

不同形状的舰船，在航行时会产生不同的姿态反应。

舰船的载货情况也会对姿态产生影响，船载货物的分布会改变舰船的重心位置，进而影响姿态。

四、舰船速度的影响因素舰船的速度同样受到多种因素的影响。

船型、功率、推进方式等因素都会对舰船的速度产生影响。

水流、风力等自然环境因素也会对舰船的速度产生影响。

在实际航行中，船舶操纵员需要综合考虑这些因素，以确保舰船安全、稳定地航行。

五、舰船尾迹估计方法目前，估计舰船尾迹以及由此推测舰船姿态速度的方法主要包括：通过航行中的观测数据进行分析；利用数学模型模拟舰船在水中的运动轨迹；利用水下声呐技术对舰船尾迹进行跟踪。

这些方法各有优劣，需要根据具体的应用场景和要求进行综合考量。

六、个人观点与总结舰船尾迹估计舰船姿态速度是一项复杂而又重要的技术。

在实际船舶设计和航海操纵中，准确估计舰船的姿态和速度能够帮助舰船操纵员做出正确的决策，确保舰船安全、高效地航行。

在未来，随着科技的不断发展，相信舰船尾迹估计的技术会越来越精确、可靠，为海洋工程和航海领域带来更多的便利和发展机遇。

船舶设计中的流体动力学研究船舶在水中航行时，周围的水流会对其产生各种力和力矩的作用，这些力和力矩直接影响着船舶的航行性能、操纵性、稳定性以及能耗等方面。

因此，在船舶设计中，对流体动力学的研究至关重要。

流体动力学是研究流体运动规律以及流体与固体之间相互作用的科学。

对于船舶而言，流体就是水，船舶在水中的运动受到水动力的影响。

为了设计出性能优越的船舶，我们需要深入了解流体动力学的原理，并将其应用到船舶设计的各个环节。

在船舶设计的初始阶段，设计师需要根据船舶的使用需求和任务目标，确定船舶的基本参数，如船长、船宽、吃水、排水量等。

这些参数的选择与流体动力学密切相关。

例如，船宽较大的船舶在航行时受到的阻力相对较大，但稳定性可能更好；而吃水较深的船舶则在浅水区域的适应性较差，但可能在深水航行时具有更好的水动力性能。

船舶的外形设计是流体动力学研究的重点之一。

船体的形状直接决定了水流在船体表面的流动情况，从而影响船舶所受到的阻力和升力。

常见的船体外形设计包括船头的形状、船尾的形状以及船体的纵向和横向剖面形状等。

船头的形状对于减小船舶在航行时的兴波阻力起着关键作用。

尖锐的船头可以有效地减少波浪的产生，降低阻力；而圆润的船头则在某些情况下可以提高船舶在恶劣海况下的耐波性。

船尾的形状则主要影响船舶的推进效率和尾流情况。

良好的船尾设计可以减少尾流中的能量损失，提高螺旋桨的推进效率。

船体的纵向和横向剖面形状也会对船舶的水动力性能产生影响。

例如，V 型剖面的船体在高速航行时可以提供更好的升力和稳定性，而U 型剖面的船体则在低速航行时具有较低的阻力。

除了船体外形，船舶的附体设计也是流体动力学研究的重要内容。

附体包括舵、螺旋桨、舭龙骨等。

舵的设计需要考虑其在不同舵角下产生的舵力和力矩，以保证船舶的操纵性能。

螺旋桨的设计则要考虑其在水中旋转时产生的推力和扭矩，以及与船体之间的相互干扰。

舭龙骨的作用是增加船舶的横摇阻尼，提高船舶的稳定性，其设计需要综合考虑船舶的横摇特性和水动力性能。

流体力学在船舶水动力学中的应用研究引言船舶是人类重要的运输工具之一，而水动力学研究则是为了探索船舶在水中运动的规律并进行优化设计。

流体力学作为水动力学的基础学科，提供了深入理解和解决船舶水动力学问题的方法。

本文将探讨流体力学在船舶水动力学中的应用研究。

液体的运动规律——流体力学流体力学是研究流体运动规律及其相互作用的学科。

液体即流体的一种，其特点是无固定形状，易流动。

在航海领域中，我们主要关注水作为一种液体的运动规律。

流体动力学研究了流体在外力作用下的运动规律，其中包括对水流速度、压力、密度以及流体的粘性等参数的研究。

这些参数在航行过程中对船舶的运动和性能至关重要。

船舶水动力学问题的研究1. 流阻与阻力的研究流阻是指流体对船体运动的阻碍力。

在航行过程中，船舶需要克服水流对其运动的阻力，以保持前行。

通过流体力学的研究，可以分析船体的形状和流体的流动特性，进而优化船舶的设计，减少阻力，提高船舶的速度和燃油利用效率。

2. 船舶稳定性的研究船舶稳定性是指船体在受力作用下保持平衡的能力。

流体力学分析了船舶在水中受到的力的大小和方向，并通过计算和模拟来预测船舶在不同条件下的稳定性。

研究这些力的分布和影响，有助于设计更稳定和安全的船舶，减少意外事件的发生。

3. 激浪对船舶的影响航行过程中，船舶会遇到各种大小的激浪，这会对船体产生冲击力。

流体力学可以通过对激浪的研究，分析激浪对船舶结构的影响，并为设计船舶提供更好的抗浪性能。

此外，流体力学还可以预测船舶在不同海况下的舒适性和稳定性，提供有力的依据进行设计和改进。

流体力学研究方法在船舶设计中的应用1. 数值计算模拟流体力学研究船舶水动力学问题的主要方法之一是数值计算模拟。

通过建立数学模型和计算方法，可以模拟船舶在不同水流条件下的运动和性能。

这种方法可以有效节省时间和成本，并提供更精确的结果。

数值模拟在船舶设计过程中广泛应用，为设计师提供实用的工具和依据。

2. 实验室测试流体力学研究还经常依赖于实验室测试。