具有不同艇体横剖面的翼滑艇水动力性能研究
摘 要摘 要本文的研究主体单水翼艇在内河湖泊水域中发挥的作用尤为出色，尤其在快速性，经济性，稳定性方面具有良好的性能。虽然在海洋航行中，翼滑艇所展现的适航性没有达到预期的期望，不过由于中国在内陆湖泊等水域的数量繁多，翼滑艇能够在这些水域中让快速性上表现出一定的优势。国内对翼滑艇的研究一直没有间断过，本文研究的是在不同艇体横剖面的翼滑艇水动力性能研究。基于课题的基础上，在fluent这门课程中，我们学习了15.8米单水翼滑行艇的三维建模以及利用FLUENT软件模拟三种不同横剖面的翼滑艇模型，并进行水动力特性计算，这也为FLUENT软件进一步研究翼滑艇水动力性能提供了依据和参考。 关键词：翼滑艇；水动力性能；FLUENT软件；横剖面 目 录
第一章绪论 1
1.1 单水翼艇 1
1.2 水翼艇 1
1.2.1 水翼艇简述 1
1.2.2 水翼船性能 2
1.2.3 水翼艇航行性能特点 3
1.2.4 水翼艇的推进系统 4
1.3 水翼艇发展前景 5
1.4 本文的主要研究内容 6
第二章FLUENT基本简介 7
2.1 GAMBIT介绍 7
2.2FLUENT 软件介绍 8
2.2.1 Fluent的网格特性 8
2.2.2FLUENT中主要算法与湍流模型 9
2.2.3 FLUENT计算步骤 9
2.3本章小结 10
第三章 基本理论 11
3.1湍流概述 11
3.2 SIMPLE算法的基本思想 11
3.3标准二方程模型 12
3.4边界条件的确定 13
3.5边界条件概述 13
3.6.本章小结 15
第四章 翼滑艇水动力性能研究 16
4.1 模型选择 16
4.2 GAMBIT建模 16
4.2.1 设定控制区域 17
4.2.2 划分网格 17
4.2.3 设定边界条件 18
4.3 计算结果分析 18
结语 24
边界条件概述 13
3.6.本章小结 15
第四章 翼滑艇水动力性能研究 16
4.1 模型选择 16
4.2 GAMBIT建模 16
4.2.1 设定控制区域 17
4.2.2 划分网格 17
4.2.3 设定边界条件 18
4.3 计算结果分析 18
结语 24
致谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
由于经济和科技的飞速发展，人们在生活中对于交通客运方面的选择的要求越来越高，高速性，经济性，舒适性都成为人们选择客运工具的标准。同时代下，面临航空，铁路，高速公路等行业的飞速发展，船舶行业也遇到前所未有的挑战。几千年来，船舶固然成长了一定的程度，但都来不开阿基米德原理，然而在社会实践需求的牵引下，同时在科研人员对船舶相关科学技术的猜想和突破，导致了高性能船的应运而生。其中较早出现的是滑行艇，基于滑行艇更进一步的水翼艇由于其综合优点成为高性能船中除滑行艇建造数量最多的船型。
1.1 单水翼艇
翼滑艇亦可以称作单水翼滑行艇。50年代以来，水翼艇的发展处在一个稳定前进的阶段，苏联海军研制并且配备了大量翼滑艇，但它的海洋适航性在之后的试用和运用中表现得不太好，这就造成了研究没有继续的场面，在中国有很多类似内河湖泊这样的小水域。因此，国内在从苏联引进的单水翼艇的概念基础上，进行了大量的船模试验和试验艇的试验，并一次发展出自己的水翼系统。
1958年我国进行了123K滑行快艇加装水翼的试验，这是国内首次单水翼滑行艇的试验，以后又自行研制了多型单水翼快艇。我国自1958年后水翼艇在研究实用性领域向着单水翼艇和长江水翼艇发展，其中单水翼艇只是在船的首部加上装水翼，船尾则仍然保持滑行的状态根据1959年的“二四协定”，苏联向我国转让了6621型、6623型导弹快艇和6625型单水翼鱼雷快艇。经历国内水翼技术的研究和发展水翼艇很快在军用和民用方面得到全面提升，不仅在中国，在全世界水翼艇都有很重要的研究发展前景。
1.2 水翼艇
1.2.1 水翼艇简述
水翼艇是利用高速运动时船底的水翼所产生的水动力支撑，使艇体脱离或者部分脱离水面，从而减少波浪的影响，它具有较高的航速和良好的耐波性。简而言之，水翼艇就是通过水翼上下压强差产生的合力使得艇体被抬高了。它的特质就是行驶在空气和海水的界面上，达到忽略水阻力的目的。当水翼艇的航行速度逐渐增加时，水翼提供的浮力会把艇身抬出睡眠，从而使其几乎不受波浪的影响。 它具有航速高，适航性好，尾波小等特点。
只在滑行艇的尾部加上水翼，当水翼船高速航行时船首被抬出水面，而船尾部处于滑行状态，这样的状态可以适当的减少阻力，并且提高航行速度，改善耐波性，常称作单水翼艇。而双水翼船就是在高速航行时，船体又两副水翼支撑，有三种布局。和双水翼船相比较，由于单水翼船尾部仍然留在水面滑行，波浪对其的影响也不小，所以耐波性能方面没有双水翼船好，兴波方面也不小。但凭借单水翼船装置简单不变，动力推进系统几乎不变的特点，单水翼船依旧有一定的优势。
1.2.2 水翼船性能
根据实际情况的调查，世界各国建造的水翼船就已经累计约数千艘，距今为止，水翼船是高性能船中建造数量遥遥领先的船型，水翼船多方面的优越性使得其大受关注。下面我们就来了解下水翼船的优越性能和航行性能特点。
优越性：
(1)阻力低。 在高速航行时，水翼船的船体被水翼抬出水面，只留下水翼，舵和轴系在水中，导致船体所受到的阻力很大程度的降低。（水翼在高速航行的过程中，受到多种类型的阻力包括水翼的形状阻力，诱导阻力，摩擦阻力，兴波阻力和支柱的形状阻力，摩擦阻力，兴波阻力和喷溅阻力等，设计水翼时，这些阻力的成分和特点是不可忽略的参考因素）
(2)经济航速高。每种高速船都有一个经济航速的范围，如果大于这个范围，告诉穿的功率就会和航速成正比增加变快。相比较于滑行艇、侧壁式气垫船和全浮式气垫船4060km/h左右的范围，水翼船的经济航速大约提高了20km/h。
(3)波浪中失速小。由于波浪的干扰，船体会发生摇摆从而增加船的阻力，此时船的航行速度和静水中相比较见小，称之为失速，而水翼船由于在高速航行时，船体被提出水面，从而大大降低了波浪对船体的作用力，因此水翼船的失速远比其他高速船小。
(4)耐波性好。高速航行状态下的水翼船可以减少波浪对其的干扰作用，相应的减少了水翼船在风浪状态下的摇摆等运动。
(5)兴波小。水翼船的航行特点导致水翼船在高速航行时，只有水翼，舵和螺旋桨在水中。这样的情况下，兴波很小。
但任何一种船型都不可能十全十美，水翼船也会存在一定的缺陷：水翼船比普通船多了水翼，当然造价也会变高。和其他高速船不一样的是，水翼是整体船重的强力支撑构件，在高速航行的过程中承受的动载荷较大，又由于水翼比较薄，一般是空心的特殊结构构件，因此材料的选取十指关重要的，必须在材料的选择上有一定的严格要求，一般选择铝合金或者玻璃钢制等质量较轻且强度还很高的材料。动力设备也要求轻。并且水翼船上的高新技术密布，对操作维修等方面都比普通船有更高的要求。
1.2.3水翼艇航行性能特点
1. 水翼船的快速性
水翼船包块船体和
第一章绪论 1
1.1 单水翼艇 1
1.2 水翼艇 1
1.2.1 水翼艇简述 1
1.2.2 水翼船性能 2
1.2.3 水翼艇航行性能特点 3
1.2.4 水翼艇的推进系统 4
1.3 水翼艇发展前景 5
1.4 本文的主要研究内容 6
第二章FLUENT基本简介 7
2.1 GAMBIT介绍 7
2.2FLUENT 软件介绍 8
2.2.1 Fluent的网格特性 8
2.2.2FLUENT中主要算法与湍流模型 9
2.2.3 FLUENT计算步骤 9
2.3本章小结 10
第三章 基本理论 11
3.1湍流概述 11
3.2 SIMPLE算法的基本思想 11
3.3标准二方程模型 12
3.4边界条件的确定 13
3.5边界条件概述 13
3.6.本章小结 15
第四章 翼滑艇水动力性能研究 16
4.1 模型选择 16
4.2 GAMBIT建模 16
4.2.1 设定控制区域 17
4.2.2 划分网格 17
4.2.3 设定边界条件 18
4.3 计算结果分析 18
结语 24
边界条件概述 13
3.6.本章小结 15
第四章 翼滑艇水动力性能研究 16
4.1 模型选择 16
4.2 GAMBIT建模 16
4.2.1 设定控制区域 17
4.2.2 划分网格 17
4.2.3 设定边界条件 18
4.3 计算结果分析 18
结语 24
致谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
由于经济和科技的飞速发展，人们在生活中对于交通客运方面的选择的要求越来越高，高速性，经济性，舒适性都成为人们选择客运工具的标准。同时代下，面临航空，铁路，高速公路等行业的飞速发展，船舶行业也遇到前所未有的挑战。几千年来，船舶固然成长了一定的程度，但都来不开阿基米德原理，然而在社会实践需求的牵引下，同时在科研人员对船舶相关科学技术的猜想和突破，导致了高性能船的应运而生。其中较早出现的是滑行艇，基于滑行艇更进一步的水翼艇由于其综合优点成为高性能船中除滑行艇建造数量最多的船型。
1.1 单水翼艇
翼滑艇亦可以称作单水翼滑行艇。50年代以来，水翼艇的发展处在一个稳定前进的阶段，苏联海军研制并且配备了大量翼滑艇，但它的海洋适航性在之后的试用和运用中表现得不太好，这就造成了研究没有继续的场面，在中国有很多类似内河湖泊这样的小水域。因此，国内在从苏联引进的单水翼艇的概念基础上，进行了大量的船模试验和试验艇的试验，并一次发展出自己的水翼系统。
1958年我国进行了123K滑行快艇加装水翼的试验，这是国内首次单水翼滑行艇的试验，以后又自行研制了多型单水翼快艇。我国自1958年后水翼艇在研究实用性领域向着单水翼艇和长江水翼艇发展，其中单水翼艇只是在船的首部加上装水翼，船尾则仍然保持滑行的状态根据1959年的“二四协定”，苏联向我国转让了6621型、6623型导弹快艇和6625型单水翼鱼雷快艇。经历国内水翼技术的研究和发展水翼艇很快在军用和民用方面得到全面提升，不仅在中国，在全世界水翼艇都有很重要的研究发展前景。
1.2 水翼艇
1.2.1 水翼艇简述
水翼艇是利用高速运动时船底的水翼所产生的水动力支撑，使艇体脱离或者部分脱离水面，从而减少波浪的影响，它具有较高的航速和良好的耐波性。简而言之，水翼艇就是通过水翼上下压强差产生的合力使得艇体被抬高了。它的特质就是行驶在空气和海水的界面上，达到忽略水阻力的目的。当水翼艇的航行速度逐渐增加时，水翼提供的浮力会把艇身抬出睡眠，从而使其几乎不受波浪的影响。 它具有航速高，适航性好，尾波小等特点。
只在滑行艇的尾部加上水翼，当水翼船高速航行时船首被抬出水面，而船尾部处于滑行状态，这样的状态可以适当的减少阻力，并且提高航行速度，改善耐波性，常称作单水翼艇。而双水翼船就是在高速航行时，船体又两副水翼支撑，有三种布局。和双水翼船相比较，由于单水翼船尾部仍然留在水面滑行，波浪对其的影响也不小，所以耐波性能方面没有双水翼船好，兴波方面也不小。但凭借单水翼船装置简单不变，动力推进系统几乎不变的特点，单水翼船依旧有一定的优势。
1.2.2 水翼船性能
根据实际情况的调查，世界各国建造的水翼船就已经累计约数千艘，距今为止，水翼船是高性能船中建造数量遥遥领先的船型，水翼船多方面的优越性使得其大受关注。下面我们就来了解下水翼船的优越性能和航行性能特点。
优越性：
(1)阻力低。 在高速航行时，水翼船的船体被水翼抬出水面，只留下水翼，舵和轴系在水中，导致船体所受到的阻力很大程度的降低。（水翼在高速航行的过程中，受到多种类型的阻力包括水翼的形状阻力，诱导阻力，摩擦阻力，兴波阻力和支柱的形状阻力，摩擦阻力，兴波阻力和喷溅阻力等，设计水翼时，这些阻力的成分和特点是不可忽略的参考因素）
(2)经济航速高。每种高速船都有一个经济航速的范围，如果大于这个范围，告诉穿的功率就会和航速成正比增加变快。相比较于滑行艇、侧壁式气垫船和全浮式气垫船4060km/h左右的范围，水翼船的经济航速大约提高了20km/h。
(3)波浪中失速小。由于波浪的干扰，船体会发生摇摆从而增加船的阻力，此时船的航行速度和静水中相比较见小，称之为失速，而水翼船由于在高速航行时，船体被提出水面，从而大大降低了波浪对船体的作用力，因此水翼船的失速远比其他高速船小。
(4)耐波性好。高速航行状态下的水翼船可以减少波浪对其的干扰作用，相应的减少了水翼船在风浪状态下的摇摆等运动。
(5)兴波小。水翼船的航行特点导致水翼船在高速航行时，只有水翼，舵和螺旋桨在水中。这样的情况下，兴波很小。
但任何一种船型都不可能十全十美，水翼船也会存在一定的缺陷：水翼船比普通船多了水翼，当然造价也会变高。和其他高速船不一样的是，水翼是整体船重的强力支撑构件，在高速航行的过程中承受的动载荷较大，又由于水翼比较薄，一般是空心的特殊结构构件，因此材料的选取十指关重要的，必须在材料的选择上有一定的严格要求，一般选择铝合金或者玻璃钢制等质量较轻且强度还很高的材料。动力设备也要求轻。并且水翼船上的高新技术密布，对操作维修等方面都比普通船有更高的要求。
1.2.3水翼艇航行性能特点
1. 水翼船的快速性
水翼船包块船体和
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