文档介绍：第卷第期船舶力学. .
年月.
文章编号:—
近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究
陈庆任,叶恒奎,杨向晖,冯大奎,管延敏
华中科技大学船舶与海洋工程学院,武汉; 中国舰船研究设计中心,武汉
摘要:采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将源
和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条
件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速
和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验
结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。
关键词:自由面;三维水翼;源;偶极子;时间步进法;水动力试验
中图分类号: 文献标识码:
“一—

’,,,—,—
,,
,;,,
:’
—.—
.
.
..—.
,,
..
—
,—.
:;;;;;
引言
由于水翼已经在水翼复合船、滑行艇和两栖战车等交通工具上得到了广泛的应用『】,因而研究三
维水翼的水动力性能是非常必要的,其中,自由面对水翼性能的影响是不可忽视的。研究分析不同航
速下水翼的性能以及水翼与船体问的相互影响,对水翼的实际应用有重要的意义。
收稿日期:—~ 修回日期:——
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目
作者简介:陈庆任一,男,华中科技大学博士研究生,—:.;
叶恒奎一,男,教授,博士生导师。
船舶力学第卷第期
国际上,和使用一种高阶边界元法对三维翼绕流进行了计算,和基于势
流理论应用面元法对带自由面三维水翼进行了研究。在国内,汪淳和邹早建刀利用奇点面元
法计算了三维水翼的定常升力绕流,张利军和王言英应用低阶速度势面元法对三维水翼水动力性能
进行了预报。李国安和叶恒奎采用三维时域格林函数法对近水面水翼影响下的船体兴波进行了研究
分析。
本文基于格林定理,将边界元法应用于近自由面三维组合翼的水动力分析,考虑了中间的支柱翼
与两边控制翼之间的相互影响,对两种翼型在不同浸深、航速和攻角下的升阻力特性进行了计算,并
进行了试验研究。其中,在自由面采用非线性自由面边界条件,对中间支柱翼周围自由面网格采用割
划网格技术;在尾涡面上采用时间步进法及尾涡存储效应以满足尾缘的条件。由于水翼尾部很
薄,计算所布置的奇点很接近,本文影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用精确积分的方法计
算,这是一种确保计算精度的有效方法。
理论公式
根据势流理论,假定流域为不可压无旋的理想流体,定义边界包围的流场区域,由机翼表面
、自由表面,及尾涡面组成,见图其中.,只显示半边。
图计鼻迈界腴坐怀糸不葸圈具甲, 显不半边
.
当场点,位于边界面上时,格林定理可以描述为【:
』÷一咖
. 点位于光滑边界时
式中,—点位于非光滑边界时。为场点源点的距离,

。。为边界面的外法向方向。
式可展开写成
%咖㈩
一』㈠咖
在物面上根据不可穿透物界条件,可得物