水翼
關注創建者：技術老九 創建時間：2020-04-22
水翼的視頻教程
基于STAR-CCM+的水下擺動翼型繞流計算流程講解演示——以水下簡諧轉動翼型繞流計算為例
，研究轉動翼型水動力性能情況以及流場演化過程，期間涉及多相流體建模，滑移網格技術，初始場函數設置等內容。
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水翼的實例教程
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自上兩屆美洲杯帆船賽以來，水翼艇釋放了帆船的速度，并且專門采用 CFD 設計。法國公司 VPLP Design 處于水翼艇概念的前沿，并與 Alex Thomson Racing 和 Charal Sailing Team 合作開發了上一代 IMOCA，設計出可以真正飛越海洋的高效帆船。在他們的所有目標中，VPLP 必須根據所需升力的角度和吃水深度確定水翼的正確位置。這個目標傳統上需要每個速度運行六到八次模擬，直到Fine Marine為 VPLP 提供了一種新的創新方法，將這個工作流程減少到一個單一的模擬，同時考慮更多的物理。
方法
能夠在一次計算中找到水翼的最佳位置意味著目標升力應該成為模擬的輸入。CFD 代碼應自動找到動態平衡位置并同時達到所需的升力。為了實現這一目標，Fine Marine 中開發了一項新功能，現在可作為專用于水翼的準靜態方法使用：流量求解器根據目標升力以給定頻率調整水翼傾角和偏航角。求解器的后續預測逐步且快速地確定動態平衡：通常在大約 1-2 秒的物理時間內達到穩定。
這種方法需要：
Fine Marine 的重疊技術使水翼運動的自由度成為可能
高質量的體積網格，具有準確性和穩健性
一種基于 Fidelity Automesh 的新型網格生成方法
提議的方法是從遵循水翼形狀的初始彎曲塊啟動 NUMECA 的全六邊形非結構化網格生成器Fidelity Automesh（以前稱為 Hexpress）（見圖 2）。這確保了水翼表面和域邊界處的高質量網格。
圖 1：水翼艇尾流的 3D 表示
圖 2：箔片周圍的彎曲區域
然后使用 Fidelity Automesh 執行網格細化和粘性層。
展開 本研究面向水翼/螺旋槳梢渦空化抑制的實際工程需求，聚焦于共性技術和基礎原理探索，為我們與海軍工程大學合作完成。
論文以 NACA0012型橢圓水翼為研究對象，對全濕流和空化流工況下的水翼梢渦流場進行了研究，并重點分析了主動射流位置、角度及速度對橢圓水翼升阻力系數、梢渦流場演化以及梢渦空泡結構所產生的影響。
▲ 橢圓水翼幾何及射流開口位置
什么是梢渦空化？
空化，是局部區域內流體壓力低于飽和蒸汽壓時，液體由液相向氣相轉變的過程。根據結構不同，空化可分為游移空化、片空化、云空化、渦空化和超空化等。
梢渦空化（Tip Vortex Cavitation, TVC），是渦空化的一種，該空化現象常見于螺旋槳、橢圓水翼等易產生梢渦的設備之上。
▲ 試驗時水翼梢渦空泡結構
主動射流什么鬼？
主動射流是流動控制方法的一種，該方法的主要思路是將質量以及動量引入流場來干擾流動，通常是向空化區域附近流場噴射水、空氣、難溶氣體或其他抑制空化產生的聚合物等來改善其流動條件從而達到控制空化的目的。
該方法可通過在螺旋槳等設備內部布設流道并在表面開設射流孔，從而實現向局部流場內噴射高速流體進而實現空化抑制效果。
▲ 螺旋槳中布置的主動射流流道
經試驗驗證，主動射流可以有效降低梢渦空化的發展長度。但是，其內部的流動機理和作用機制還不甚清晰，因此進行主動射流對水翼梢渦及其空化抑制作用的模擬工作，探究主動射流對空泡抑制作用的機理具有非常重要的理論和實際意義。
展開 SuperFoiler 側視圖自由表面高度和箔壓力
SuperFoiler 前視圖自由表面高度和箔壓力
固定點 VPP 船體水動力和力矩輸入矩陣運行用于微風非水翼性能分析
本文中提到：
Morrelli & Melvin, Design & Engineering, Inc. 25 年來一直處于高性能多體船和水翼技術的前沿。他們在設計創意、可靠、安全、節能、有趣和快速的游艇方面有著良好的記錄，并在最高競爭水平上取得成功，包括美洲杯、環球和跨大西洋航行記錄、奧林匹克級雙體船、眾多世界和大陸錦標賽設計。他們生產的游艇贏得了超過 25 項年度最佳游艇獎，M&M 被公認為高性能豪華巡航游艇的領先創新者。他們還設計了范圍廣泛的創新游船和商船，包括渡輪、風電場支持船和游覽船。
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本人整理的典型水翼的文獻，可以用于試驗設計和其他學習。
當達到 8 節時，水翼輔助模式開始；在 16 節時，它會進入 Full Foiling 模式，最大限度地減少防水性。
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本人整理的典型水翼的文獻，可以用于試驗設計和其他學習。
再者，當進速增大時，需要捕捉導管渦脫落等流動現象以精確評估導管的水動力特性，這相當于對大攻角水翼的仿真，而本文所用RANS方法難以勝任。
但是，導管螺旋槳一般被設計用于重載工況（低進速系數），在重載工況下，推力較大、效率較高。在高進速系數下，導管的流動分離嚴重、效率較低、推力由正轉負（形成阻力）。因此相對來說，對重載工況的模擬是導管螺旋槳水動力性能研究的焦點，也是本文的焦點。
使用 S2V 網格劃分方法在水翼的鈍邊上生成結構化網格。
流求解器中的自適應網格細化
在設計新產品時，很難預先預測流場并確定哪些地方需要網格單元。因此，在沒有先驗知識的情況下，過分辨率對于獲得高質量網格來說非常重要，通常會導致大量的計算和內存開銷。
為了克服這個問題，自適應網格細化 (AMR) 在模擬過程中調整網格，確保僅在需要的地方使用網格單元。
艦船上的舵、水翼、減搖鰭等都是機翼，螺旋槳、汽輪機葉片和壓縮機葉片也都是利用機翼原理工作的，而在研究船舶操縱性時，甚至還可把船體的水下部分看作一個巨大的機翼。
隨著航空科學的發展，世界各主要航空發達的國家建立了各種翼型系列。美國有NACA系列，德國有DVL系列，英國有RAF系列，蘇聯有ЦΑΓИ系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動特性，可供氣動設計人員選取合適的翼型。
本研究面向水翼/螺旋槳梢渦空化抑制的實際工程需求，聚焦于共性技術和基礎原理探索，為我們與海軍工程大學合作完成。
論文以 NACA0012型橢圓水翼為研究對象，對全濕流和空化流工況下的水翼梢渦流場進行了研究，并重點分析了主動射流位置、角度及速度對橢圓水翼升阻力系數、梢渦流場演化以及梢渦空泡結構所產生的影響。
他的研究領域包括復合材料、流固耦合和流體動力學、水翼技術、電力推進、海洋機器人、基于模型的系統工程，以及欠驅動系統動力學。目前，他擔任瑞典海洋機器人中心 (SMaRC) 的首席研究員，該中心是瑞典在水下航行器領域投資最大的學術項目。
Sriharsha Bhat 擁有新加坡國立大學機械工程學士學位和瑞典皇家理工學院車輛工程碩士學位。目前，他是瑞典皇家理工學院的博士生。
肖清等[13]研究表明，質心到舵桿軸的距離越小，越有利于提高顫振速度，即水翼相對水流發生顫振時的臨界速度；減小舵葉質量，有利于提高顫振速度；提高舵軸的扭轉剛度也有利于提高顫振速度。鄭旭等[14]研制了舵翼顫振的試驗裝置，試驗表明，存在臨界來流速度，大于該速度時舵翼開始振動，且隨著來流速度增大，舵翼振動幅值也隨之增大。
