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一种考虑尾涡影响的减摇鳍升力耦合系数计算方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-09-13 16:42:04

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 熊鹏 | 2023-09-13 16:42:04

本发明涉及一种考虑尾涡影响的减摇鳍升力耦合系数计算方法,首先抽象出减摇鳍尾涡干扰侧视示意图,建立速度坐标系,在此基础上,将前鳍脱落的尾涡与后鳍首次撞击处等效为质点,根据该质点与鳍体平分线位置关系,前鳍对后鳍升力干扰可分为正、负干扰升力,通过干扰速度、相对来流速度和鳍压力中心处横摇方向线速度求解总的合速度,计算干扰鳍角,利用干扰鳍角求得正、负干扰升力,由卡门涡街现象可知,当雷诺数Re满足250

船舶在海上航行时,受到海浪等外界干扰因素的影响,产生多自由运动,其中横摇运动带来的危害最为严重,减摇鳍的装配使船舶的减摇效果大幅度提升。对于装配两对减摇鳍的船舶,其减摇鳍在正常工作时,产生的雷诺数Re较大,导致前鳍易产生尾涡脱落现象。在实际工程应用中,前后鳍间距和鳍体面积受到船体等外界因素的限制,无法随意增大或减小,故前鳍脱落的尾涡一般会对后鳍的水动力产生影响。由于前鳍依次脱落的尾涡旋转方向相反,造成后鳍升力的增大或减小,使系统对减摇鳍的控制产生偏差。因此,如何在考虑前后鳍耦合影响的前提下,求解后鳍升力计算误差,提升减摇鳍系统控制精度,成为亟待解决的难点。

本发明的目的提出一种考虑尾涡影响的减摇鳍升力耦合系数计算方法,所述方法可修正前后鳍耦合造成的后鳍升力计算误差,针对周期性尾涡脱落现象,求解前后鳍升力耦合系数,对提升减摇鳍系统控制精度具有重要意义。

为了达到上述目的的要求,提出了一种考虑尾涡影响的减摇鳍升力耦合系数计算方法,具体包括以下步骤:

步骤1:抽象出减摇鳍尾涡干扰侧视示意图,减摇鳍弦长为d,鳍轴等效为O点,靠近鳍轴侧的前端等效为P点,远离鳍轴侧的后端等效为Q点,直线PQ为鳍体平分线,前鳍脱落的尾涡与后鳍首次撞击处等效为A点,相对来流速度为v0,鳍压力中心处横摇方向线速度为vr;译

步骤2:在所述减摇鳍尾涡干扰侧视示意图上建立速度坐标系,以O点为坐标原点,水平向右的方向作为x轴正方向,竖直向上的方向作为y轴正方向,鳍体与x轴正方向夹角为鳍角记为α,当直线OQ位于x轴下方时α<0,当直线OQ位于x轴上方时α>0;

步骤3:前鳍脱落的尾涡对后鳍产生干扰并使其运动,产生的运动速度记为干扰速度v,且v<v0,v与x轴正方向夹角为θ,v在x轴与y轴的分速度分别为vx0与vy0,vx为vx0与v0在x轴的合速度,vy为vy0与vr在y轴的合速度,此时vx与vy分别为:式中:vx0满足等式vx0=vcosθ,vy0满足等式vy0=vsinθ;

此技术为哈尔滨理工大学孙明晓研发,承担本专科及研究生层次普通高等学历教育工作承担科学技术研究工作并为社会提供相关服务

与现有技术相比,此技术产生的效益1.提出一种考虑尾涡影响的减摇鳍升力耦合系数计算方法,所述方法计算精度高、适用范围广且容易实现。

2.本发明所述方法仅需要分析前鳍脱落的尾涡与后鳍首次撞击处等效点、干扰速度的竖直分量与鳍压力中心处横摇方向线速度大小关系,即可求解出尾涡对后鳍产生的正、负干扰升力,避免了直接求解后鳍升力的复杂性。

3.针对周期性尾涡脱落现象,采用本发明所述方法,求解出前后鳍升力耦合系数,通过前后鳍升力耦合系数,可以直接确定前鳍脱落的尾涡对后鳍的影响程度。

4.通过本发明所述方法,在减摇鳍弦长为2.94m,鳍体面积为3.59m2,相对来流速度为9.26m/s,鳍压力中心处横摇方向线速度为0.75m/s,干扰速度为2.96m/s,升力系数为5

0.78,鳍角为‑10°,干扰速度与x轴正方向的夹角为30°,雷诺数Re为1×10 ,此时前鳍产生的尾涡呈周期性变化,求得尾涡的脱落周期为0.28s,前半个周期前鳍的干扰使后鳍升力增加了41.35%,后半个周期前鳍的干扰使后鳍升力降低了55.78%。

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