CN110103934A - 基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法 - Google Patents

基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法 Download PDF

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张洪福
刘立光
辛大波
刘军
刘超
姜佳奇
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Northeast Forestry University
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Harbin Chuan Qi Tourist Equipment Science And Technology Development Co Ltd
Northeast Forestry University
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    • B60V3/00—Land vehicles, waterborne vessels, or aircraft, adapted or modified to travel on air cushions
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记；步骤二：在标记好的分离点位置设置涡流发生器。本发明利用涡流发生器能够产生流向涡、延迟流动分离的特点实现了气垫船气动减阻，与其他主动减阻方法相比，该装置构造简单，且无需外界供能，安装方便，经济高效。另外，较好的减阻性能能够使得气垫船的推进动力得到充分的利用，达到大大节约燃料成本的目的，可广泛用作高速救援全垫升气垫船的减阻装备。

Description

基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法
技术领域
本发明涉及一种全垫升气垫船涡流发生器减阻方法，具体涉及一种基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法。
背景技术
我国拥有漫长的海岸线，众多的岛屿、河流与湖泊，水运资源非常丰富。另外，随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，客流将大幅度增加，从而为高速客船的发展提供了巨大的市场需求。快速性作为船舶航行的一个主要性能，重要性越来越凸显出来，而要使船的快速性提高，关键就在于船舶减阻。对于全垫升式气垫船来说，由于船体与水流之间不会直接接触，大大减小了水流对船体阻力的贡献，因此空气型阻力是气垫船阻力的主要组成部分。在高速行驶时，气垫船受到的空气阻力与其速度的平方成正比。而与之相关的克服空气阻力所做功率，则与船体速度的三次方成正比，所以高速行驶时气垫船通过燃油得到的动力有相当一部分用于克服空气阻力。因此，气垫船减阻效果的提升，可以使得船舶的推进动力得到充分的利用，达到节约燃料成本的目的。
流动减阻技术是指通过改善船体绕流场结构从而实现减阻的一类控制方法，包括被动措施与主动措施。主动措施是通过提供外部能量来改变钝体的绕流风场特征，形成具有优良品质的绕流特征，进而提高钝体减阻效果。被动措施是在不改变气垫船结构与使用功能的前提下，适当改变气动外形布置或者附加一些装置，从而得到具有较好的减阻能力的钝体绕流特征。与主动控制措施相比，被动措施不需要外界能量的注入，具有简单、经济的优点。
涡流发生器控制是一种典型的流动控制方式，其研究最早针对于提高飞行器升力面的特性。通过在物体表面安装涡流发生器产生流向涡结构，进而促使边界层内上下部分的流体粒子进行动量交换，使得边界层速度剖面更为饱满延迟流动分离现象的发生，最终达到减阻的目的。基于涡流发生器的气动控制措施已在翼型增升减阻、汽车气动减阻等领域取得了较为突出的成果。涡流发生器构造简单、减阻效果明显，研究利用涡流发生器改善气垫船空气作用特性从而减小气垫船气动阻力，是很有意义的实际问题。目前，在国内民用气垫船的气动减阻技术尚属空白，实现这一问题的突破已成为急需。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，旨在利用涡流发生器能够产生流向涡结构的原理抑制边界层分离，改善绕流场结构，从而达到减阻目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，包括如下步骤：
步骤一：对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记；
步骤二：在标记好的分离点位置设置涡流发生器。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明利用涡流发生器能够产生流向涡、延迟流动分离的特点实现了气垫船气动减阻，与其他主动减阻方法相比，该装置构造简单，且无需外界供能，安装方便，经济高效。另外，较好的减阻性能能够使得气垫船的推进动力得到充分的利用，达到大大节约燃料成本的目的，可广泛用作高速救援全垫升气垫船的减阻装备。
附图说明
图1为本发明设置涡流发生器位置的布置图，(a)正面视图，(b)后视图，(c)侧视图，(d)俯视图；
图2为涡流发生器展向间距示意图；
图3为涡流发生器形状尺寸示意图，(a)侧视图，(b)俯视图；
图中：1-涡流发生器，2-蓄电池，3-燃油箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种基于涡流发生器的多路况高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，由于气垫船形状不同，其在来流作用下的风场特性也不相同，因此该控制方法宜根据具体情况而定。本发明控制减阻方法的具体实施步骤为：
步骤一、忽略气垫船的细部结构，简化气垫船外形。
步骤二、对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部附近的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记，具体判定方法如下：观察客舱尾部附近流线是否紧贴舱体流动，若流线不紧贴舱体流动则为分离点位置。分离点大体位置如图1所示涡流发生器安装位置处。
步骤三、在标记好的分离点位置设置涡流发生器，如图2所示，涡流发生器中心之间的间距为100～300mm。
步骤四、涡流发生器尺寸的大小应根据风洞试验或数值模拟进行优化确定。通过比较不同涡流发生器尺寸大小下气垫船的阻力，以阻力最小为目标确定最优尺寸大小。
如图3所示，涡流发生器的形状为三角形，a、c、f、d分别为涡流发生器几何尺寸参数；b、Ra、Rb、Rc为涡流发生器与船体连接垫片的几何尺寸参数。尺寸a、c、f之间的比例保持不变，即a、c之间的夹角为30°、a、f之间的夹角为70°，d为涡流发生器厚度，d＝a/8；涡流发生器与船体之间连接所用垫片尺寸Ra、Rb、b、Rc不做要求。

Claims (5)

1.一种基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一：对于具体气垫船进行流场的数值模拟，提取气垫船客舱尾部的流线图，通过流线图判定流体分离点位置，并做标记；
步骤二：在标记好的分离点位置设置涡流发生器。
2.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，其特征在于所述流体分离点位置的具体判定方法如下：观察客舱尾部附近流线是否紧贴舱体流动，若流线不紧贴舱体流动则为分离点位置。
3.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，其特征在于所述涡流发生器中心之间的间距为100～300mm。
4.根据权利要求1所述的基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，其特征在于所述涡流发生器尺寸的大小应根据风洞试验或数值模拟进行优化确定，通过比较不同涡流发生器尺寸大小下气垫船的阻力，以阻力最小为目标确定最优尺寸大小。
5.根据权利要求1、3或4所述的基于涡流发生器的高速救援全垫升气垫船装备减阻方法，其特征在于所述涡流发生器的形状为三角形。
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