舰船气流场品质评估指标研究.pdf

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1、第38卷第2期2016年2月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．38，No．2Feb．，2016舰船气流场品质评估指标研究贺少华，刘东岳(海军装备研究院，北京100161)摘要：舰船甲板气流场是载机舰船水线以上船体、上层建筑等的几何外形及布置设计的一个不能忽略的因素，它直接影响舰载机的起降安全。但目前还没有系统的舰船气流场品质评估指标。本文基于国内外舰船气流场研究成果，提出舰船气流场品质评估指标，主要包括速度大小和梯度、涡、湍流强度、频域谱等，并以一简化护卫舰模型(SFS)为计算对象，利用提出的评估指标对其进行评估，将数值模拟结果与试验进

2、行对比，旨在为今后载机舰船气流场评估和水线以上船体外形及上层建筑设计提供借鉴。关键词：舰船气流场；品质指标；CFD仿真中图分类号：U674．03“文献标识码：A文章编号：1672—7649(2016)02—0149—06doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2016．02．030QualityindexofshipairwakesHEShao—hua，LIUDong—yue(NavalAcademyofArmament，Beijing100161，China)Abstract：Theunsteadyshipairwakesisanan—neglect

3、edfactorinthedesignofshiptopsideandsuperstructureforthesafetyoflandingandlaunchingofaircraft．However，thequalityindexoftheshipairwakesstillremainsunknown．Qualityindexesofshipairwakesweregiventhroughsummarizingthepastresearches．TakeSFSasforanexample，itsairwakeswereevaluatedbytheproposedqua

4、lityindex．ResultsofCFDsimulationwerecomparedtoexperimentaldata，andshowingagoodagreement．Keywords：shipairwakes；qualityindex；CFDsimulation0引言对舰船不稳定气流场的数值模拟和试验研究一直以来就是舰船领域的一个研究热点。CFD数值模拟对于舰船气流场问题研究是一个十分有潜力的方法，Tai，T．C．⋯采用稳态Reynolds平均N—S方程，对1艘LPD进行了气流场仿真；Syms，G．F．[23研究表明，稳态仿真方法的计算结果与试验存在差异的原因

5、在于流场的高度不稳定性，稳态计算结果与时间精确求解结果的平均值也不完全相等；Bogstad，M．C．¨1采用无粘气流假设，得到了6艘载机舰船的稳态气流场特征，之后通过飞行模拟器模拟飞行(之前得到的稳态气流场数据作为输入)，对这6艘载机舰船与直升机的着舰适配性进行了考察；Zan，S．J．H1提出，为提高舰载机起降飞行模拟的仿真度，应该采用时间精确解算方法即瞬态方法对舰船气流场进行模拟，另外，对CFD数值模拟的验证，为保证验证的合理性，须从几个风向进行。在传统的k—s等湍流模型的基础上，一些学者，如Camelli．F．E‘5—6

6、、Polsky．S．A‘引、Arunajat

7、esan．S‘8—91、Forrest．J．s¨叫采用LES，DES，SSTk一∞等高级湍流模型对舰船气流场进行数值模拟，这些高级湍流模型在一定程度上表现出了比k一8等传统湍流模型更好的在舰船气流场数值模拟上的适用性。对于舰船气流场相关问题的数值模拟，一种为“舰为先，机为后”的研究思路，也可称之为“非实时”、“单向”的研究思路，即先通过数值模拟，研究得到母舰气流场数据，之后，以此为输入，进行舰载机起降安全评估，包括一般经验性评估、离线舰机适配性评估及飞行模拟器起降飞行试验评估。收稿日期：2014一11—21；修回日期：2014—12—17基金项目：中国博士后科学基金资助

8、项目(2013M532119)作者简介：贺少华(1981一)，男，博士，工程师，研究方向为动力学建模及仿真。·150·舰船科学技术第38卷在这种研究思路中，母舰气流场等环境因素对舰载机起降产生影响，但反之则忽略。这种研究思路在一定范围内是合适的，譬如说小型无人舰载机、固定翼舰载机，但对于像直升机、垂直起降飞机等自身能够产生强迫气流运动的舰载机来说，“单向”的研究思路不合理，原因为这些类型的舰载机在起降时，与母舰上层建筑、飞行甲板等之间的距离小，机一气流场一母舰之间会产生强烈的耦合作用。从2006年开始，美海军开始采用耦合方式进行舰船气流场