兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (S2): 123-132.doi: 10.12382/bgxb.2024.0847
杨茜1,2, 冯榆坤1,2, 陈作钢1,2,*(), 张岩3
收稿日期:
2024-09-14
上线日期:
2024-12-12
通讯作者:
基金资助:
YANG Xi1,2, FENG Yukun1,2, CHEN Zuogang1,2,*(), ZHANG Yan3
Received:
2024-09-14
Online:
2024-12-12
摘要:
为了探究浅水条件对喷水推进船航态及喷射流形态的影响,基于数值模拟方法进行不同水深条件下喷水推进船航态及喷射流形态影响规律及机理分析,并构建回归预报模型。采用雷诺时均方程建立喷水推进船自航特性数值模拟方法,开展水深条件对喷水推进船绕流场以及喷射流形态和湍动能分布的影响研究。基于多水深条件下喷水推进船航态和喷口流量数值计算结果,构建船模航态及喷射流形态回归预报模型。研究结果表明:随着水深减小,浅水阻塞效应加剧,船底压差和尾倾角增大,船体周围回流速度和吃水量也增加;船首横波系逐渐增大并与船尾横波系相互干扰,耗散能量增加;喷射流与船尾兴波交汇点随水深减小逐渐前移,径向扩散和旋度增大,推进功率下降,湍动能和水体扰动增强。研究成果可为浅水条件下喷水推进技术应用提供科学依据,提高喷水推进船在复杂水域环境中的效率和安全性。
杨茜, 冯榆坤, 陈作钢, 张岩. 浅水条件下喷水推进船航态及喷射流形态研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(S2): 123-132.
YANG Xi, FENG Yukun, CHEN Zuogang, ZHANG Yan. Investigation of Navigation Performance and Jet Flow Characteristics of Water-jet Propulsion Vessel in Shallow Water[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(S2): 123-132.
网格编号 | 基础 尺寸/m | 网格 数目/106 | 升沉/ ×10-2m | 纵倾/ ×10-1(°) |
---|---|---|---|---|
1 | 0.512 | 28.16 | -0.780 | -0.946 |
2 | 0.640 | 19.41 | -0.774 | -0.970 |
3 | 0.800 | 13.50 | -0.764 | -1.006 |
表1 三套网格尺寸与数目
Table 1 Three sets of grid sizes and numbers
网格编号 | 基础 尺寸/m | 网格 数目/106 | 升沉/ ×10-2m | 纵倾/ ×10-1(°) |
---|---|---|---|---|
1 | 0.512 | 28.16 | -0.780 | -0.946 |
2 | 0.640 | 19.41 | -0.774 | -0.970 |
3 | 0.800 | 13.50 | -0.764 | -1.006 |
h/T | 纵倾/(°) | 升沉/m |
---|---|---|
10 | -0.1165 | -0.0104 |
8 | -0.1230 | -0.0125 |
6 | -0.1558 | -0.0160 |
5 | -0.1406 | -0.0200 |
4 | -0.2267 | -0.0268 |
3.5 | -0.3397 | -0.0292 |
3 | -0.5434 | -0.0478 |
2.8 | -1.0776 | -0.0569 |
2.7 | -1.4282 | -0.0586 |
2.66 | -1.6075 | -0.0603 |
表2 不同水深条件下航态结果对比
Table 2 Comparison of navigation states under different water depth conditions
h/T | 纵倾/(°) | 升沉/m |
---|---|---|
10 | -0.1165 | -0.0104 |
8 | -0.1230 | -0.0125 |
6 | -0.1558 | -0.0160 |
5 | -0.1406 | -0.0200 |
4 | -0.2267 | -0.0268 |
3.5 | -0.3397 | -0.0292 |
3 | -0.5434 | -0.0478 |
2.8 | -1.0776 | -0.0569 |
2.7 | -1.4282 | -0.0586 |
2.66 | -1.6075 | -0.0603 |
h/T | αair1×105 | αair2×105 | ||
---|---|---|---|---|
10 | 0.3173 | 0.3173 | 0.8454 | 0.9197 |
8 | 0.3168 | 0.3168 | 1.5579 | 1.3455 |
6 | 0.3181 | 0.3181 | 3.9487 | 0.3831 |
5 | 0.3162 | 0.3162 | 0.3796 | 0.2368 |
4 | 0.3172 | 0.3172 | 0.7127 | 0.5714 |
3.5 | 0.3180 | 0.3180 | 0.5351 | 0.4410 |
3 | 0.3174 | 0.3174 | 1.8878 | 0.5918 |
2.8 | 0.3193 | 0.3193 | 1.4315 | 0.2050 |
2.7 | 0.3241 | 0.3241 | 1.5776 | 0.5538 |
2.66 | 0.3260 | 0.3260 | 0.5424 | 0.5692 |
表3 不同水深条件下喷水推进器喷射流参数数值计算结果
Table 3 Numerical Calculation results of jet flow parameters of water-jet propulsor under different water depth conditions
h/T | αair1×105 | αair2×105 | ||
---|---|---|---|---|
10 | 0.3173 | 0.3173 | 0.8454 | 0.9197 |
8 | 0.3168 | 0.3168 | 1.5579 | 1.3455 |
6 | 0.3181 | 0.3181 | 3.9487 | 0.3831 |
5 | 0.3162 | 0.3162 | 0.3796 | 0.2368 |
4 | 0.3172 | 0.3172 | 0.7127 | 0.5714 |
3.5 | 0.3180 | 0.3180 | 0.5351 | 0.4410 |
3 | 0.3174 | 0.3174 | 1.8878 | 0.5918 |
2.8 | 0.3193 | 0.3193 | 1.4315 | 0.2050 |
2.7 | 0.3241 | 0.3241 | 1.5776 | 0.5538 |
2.66 | 0.3260 | 0.3260 | 0.5424 | 0.5692 |
图16 各水深条件下喷水推进器喷射流湍动能(左为内侧推进器,右为外侧推进器)
Fig.16 Turbulent kinetic energies of jet flows of water-jet propelsors under different water depth conditions (Left:inner-side propelsor;Right: outer-side propelsor)
核函数 | 纵倾 | 升沉 | ||
---|---|---|---|---|
指数核函数 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 |
RBF核函数 | 0.9999 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 |
Matern核函数 | 0.9999 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 |
表4 不同GPR核函数回归拟合得到的R2结果对比
Table 4 Comparison of R2 results obtained from regression fitting of different GPR kernel functions
核函数 | 纵倾 | 升沉 | ||
---|---|---|---|---|
指数核函数 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 |
RBF核函数 | 0.9999 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 |
Matern核函数 | 0.9999 | 1.0000 | 1.0000 | 1.0000 |
参数 | h/T=2.9 | 误差 /100% | h/T=4.5 | 误差 /100% | ||
---|---|---|---|---|---|---|
数值结果 | 预测结果 | 数值结果 | 预测结果 | |||
纵倾 | -0.8170 | -0.8107 | 0.77 | -0.1936 | -0.1867 | 3.57 |
升沉 | -0.0542 | -0.0524 | 3.38 | -0.0224 | -0.0234 | -4.72 |
0.3173 | 0.3182 | -0.27 | 0.0110 | 0.3163 | 0.18 | |
0.3169 | 0.3178 | -0.27 | 0.0109 | 0.3154 | 0.00 |
表5 数值结果与预测结果对比
Table 5 Comparisonof numerical results and predicted results
参数 | h/T=2.9 | 误差 /100% | h/T=4.5 | 误差 /100% | ||
---|---|---|---|---|---|---|
数值结果 | 预测结果 | 数值结果 | 预测结果 | |||
纵倾 | -0.8170 | -0.8107 | 0.77 | -0.1936 | -0.1867 | 3.57 |
升沉 | -0.0542 | -0.0524 | 3.38 | -0.0224 | -0.0234 | -4.72 |
0.3173 | 0.3182 | -0.27 | 0.0110 | 0.3163 | 0.18 | |
0.3169 | 0.3178 | -0.27 | 0.0109 | 0.3154 | 0.00 |
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