波浪動(dòng)力艇模型自航試驗(yàn)及數(shù)值仿真

李聰，王冬姣，葉家瑋，李德玉，梁富琳

華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東廣州510641

波浪動(dòng)力艇模型自航試驗(yàn)及數(shù)值仿真

李聰，王冬姣，葉家瑋，李德玉，梁富琳

華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東廣州510641

為解決受控主動(dòng)擺翼驅(qū)動(dòng)裝置復(fù)雜、機(jī)械效率較低的問題，研究依靠升沉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力矩來驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)的被動(dòng)擺翼裝置，并將其應(yīng)用于波浪動(dòng)力艇。在波浪作用下，將被動(dòng)擺翼安裝于艇體底部的一定位置處，產(chǎn)生的推力即可推艇前進(jìn)。在模型試驗(yàn)中，通過改變波浪周期、波高和控制機(jī)構(gòu)的設(shè)置，比較試驗(yàn)艇的自由航行速度。結(jié)果表明，試驗(yàn)艇的航速與波高呈正相關(guān)關(guān)系，且當(dāng)波長(zhǎng)與船長(zhǎng)之比約為1.8時(shí)推進(jìn)效果最佳。通過數(shù)值仿真，顯示兩種控制機(jī)構(gòu)配置時(shí)的水翼工作過程，并估算在一定波浪參數(shù)下波浪動(dòng)力艇可達(dá)到的航速，所估算的航速與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

被動(dòng)式擺翼；波浪推進(jìn)；模型試驗(yàn)；數(shù)值仿真

0 引 言

由波浪引起的搖蕩運(yùn)動(dòng)是船舶在海上航行時(shí)阻力增加的主要原因。在船舶設(shè)計(jì)中，通常采取為主機(jī)增加儲(chǔ)備功率的措施來克服由波浪引起的阻力增值，同時(shí)設(shè)置舭龍骨或減搖鰭這類專用附體以降低搖擺幅度。盡管采用附體的方法比較直接，但會(huì)進(jìn)一步增加阻力，而引入減搖鰭等主動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，又會(huì)增加額外能耗。

人類在研究海洋哺乳類動(dòng)物的過程中，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)途遷徙的海洋哺乳類動(dòng)物經(jīng)過長(zhǎng)期進(jìn)化已掌握了利用波浪能輔助前進(jìn)的技巧。例如，鯨可以在一定的海況下從波浪中獲取前進(jìn)所需的約30%的能量［1］。而捕鯨時(shí)，死鯨有可能會(huì)被波浪推動(dòng)而遠(yuǎn)離捕鯨船，從而為捕鯨者帶來麻煩［2］。在這種情況下，鯨鰭并不能從死鯨處獲得驅(qū)動(dòng)能量，但在鯨體搖蕩運(yùn)動(dòng)和波浪質(zhì)點(diǎn)速度的驅(qū)動(dòng)下，仍可產(chǎn)生推力。在以上過程中，鰭是以沉浮和俯仰相耦合的擺動(dòng)方式在工作。事實(shí)上，魚尾式擺動(dòng)推進(jìn)被認(rèn)為是最高效的推進(jìn)方式［3］，這也為波浪能在船舶推進(jìn)上的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支撐，并受到關(guān)注。在擺動(dòng)水翼的推力產(chǎn)生機(jī)理方面，已有一些試驗(yàn)研究。例如，改變升沉、俯仰幅度和其間的相位差以及水翼前進(jìn)速度，測(cè)量水平、豎直作用力和俯仰力矩、推進(jìn)效率的實(shí)驗(yàn)［4］，該研究認(rèn)為，水翼的俯仰在相位上超前升沉90°時(shí)推進(jìn)效率最佳，但值得注意的是，相位差的符號(hào)取決于所定義的參照系。另外，在不同斯特勞哈爾數(shù)和相位差下的渦流場(chǎng)顯示試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水翼后緣渦排列為逆卡門渦街時(shí)，會(huì)產(chǎn)生推力［5］。為了說明擺翼推進(jìn)裝置的有效性，Yamaguchi和 Bose［6］利用前人發(fā)表的擺翼設(shè)計(jì)圖譜，對(duì)一艘載重量為20萬(wàn)噸的油輪進(jìn)行了對(duì)比性推進(jìn)器設(shè)計(jì)。結(jié)果顯示，后半弦長(zhǎng)為柔性的水翼的推進(jìn)效率比最佳MAU5-55螺旋槳高3.5%，且受航速的影響較小，但如何為擺翼設(shè)計(jì)合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是問題的關(guān)鍵。相對(duì)常規(guī)推進(jìn)器所需的轉(zhuǎn)軸，由于驅(qū)動(dòng)水翼以一定的相位差進(jìn)行沉浮和俯仰運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)更為復(fù)雜，因此主動(dòng)受控?cái)[翼在總的推進(jìn)系數(shù)上不一定占有優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，基于對(duì)一種既能減搖又對(duì)推進(jìn)有利的新型附體的需求、被動(dòng)式擺動(dòng)水翼在波浪能獲取上的可行性和相對(duì)高效性，以及主動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不可避免的效率損失，認(rèn)為可以開發(fā)一種通過被動(dòng)擺翼利用波浪能推進(jìn)且適合遠(yuǎn)程無(wú)人海洋觀測(cè)的小艇。由于直接使用波浪能作為動(dòng)力來源，不需要布置燃油艙，因而波浪動(dòng)力艇可以提供比常規(guī)動(dòng)力艇更為充裕的實(shí)用艙容。在本文設(shè)計(jì)的擺翼推進(jìn)裝置中，水翼的俯仰由其本身升沉運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的力矩驅(qū)動(dòng)；一列水翼被水平布置于船基線以下，并在豎直面內(nèi)設(shè)置由復(fù)位彈簧、限位繩和擺桿組成的平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以控制水翼的俯仰運(yùn)動(dòng)。這些水翼可為船的搖蕩運(yùn)動(dòng)增加阻尼，同時(shí)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)相對(duì)水流的攻角，還可持續(xù)將所吸收的波浪能轉(zhuǎn)化為推力。

1 理論依據(jù)

1.1 被動(dòng)式擺翼原理

與主動(dòng)式擺翼按預(yù)定的升沉幅度、俯仰角和相位差運(yùn)行不同，被動(dòng)式擺翼的升沉運(yùn)動(dòng)取決于船在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及其安裝位置，而俯仰角和相位差則與水翼處的來流速率、傾角有關(guān)。被動(dòng)擺翼的工作原理如圖1所示。

圖1 翼剖面上的水流和力Fig.1 Flow and forces on the foil section

圖中，Vr為轉(zhuǎn)軸處的來流速度矢量，其與水平線的夾角為 β。Ly和Rx分別為水翼在Vr作用下產(chǎn)生的升力和阻力。通過把Ly和Rx向水平和豎直方向分解疊加，得到與船前進(jìn)方向相同的推力Fx和抵抗船搖蕩運(yùn)動(dòng)的豎直力Fy（圖中矢量大小未按比例畫出）。只要轉(zhuǎn)軸位于水翼水動(dòng)力中心之前，來流就能以ξ為力臂推動(dòng)水翼作俯仰運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到一定的俯仰角r，從而獲得合適的攻角α，并產(chǎn)生持續(xù)的推力。圖1中俯仰角r的方向定義為正。回復(fù)力矩M與水翼相對(duì)船體的俯仰角和控制機(jī)構(gòu)的剛度有關(guān)，通過改變回復(fù)力矩，即可控制水翼的俯仰幅度，從而影響系統(tǒng)的推進(jìn)效率。

1.2 轉(zhuǎn)軸處來流的速度構(gòu)成

由于水翼的弦長(zhǎng)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)和船長(zhǎng)，故認(rèn)為作用于整個(gè)水翼上的來流速度和偏角等于轉(zhuǎn)軸處的值是一個(gè)合理的近似。Vr的構(gòu)成可由下式表達(dá)（圖1）：

式中：Vc為由船前進(jìn)引起的來流速度；Vl為由轉(zhuǎn)軸搖蕩引起的水流速度；Vw表示轉(zhuǎn)軸處的波浪質(zhì)點(diǎn)速度。

1.3 轉(zhuǎn)軸搖蕩速度Vl

船在任意方向波浪的作用下，將作六自由度的搖蕩運(yùn)動(dòng)。作為初步研究，將只考慮迎浪狀態(tài)，此時(shí)，船的運(yùn)動(dòng)主要為縱搖和垂蕩。Vl的計(jì)算方法如圖2所示。

在任意時(shí)刻，轉(zhuǎn)軸相對(duì)重心G的水平坐標(biāo)xl(t)和豎直坐標(biāo)zl(t)均可由安裝位置和船體運(yùn)動(dòng)位移的時(shí)程算出。定義矢量R(t)的方向由G指向轉(zhuǎn)軸，故有

圖2 轉(zhuǎn)軸搖蕩速度計(jì)算Fig.2 Calculation of pivot motion velocity

式中：Vh(t)為船體垂蕩速度；ωp(t)為船體縱搖角速度。對(duì)于水翼，相應(yīng)的水流速度Vl與圖中所示的矢量大小相等，方向相反。

1.4 波浪質(zhì)點(diǎn)速度Vw

為便于分析結(jié)果，試驗(yàn)在規(guī)則波中進(jìn)行。考慮到波浪參數(shù)、實(shí)驗(yàn)水深和各種波浪理論的適用范圍，Vw的計(jì)算采用有限水深微幅波理論。Vw的兩個(gè)分量的計(jì)算公式如下［7］：

式中：vx和vz分別為Vw的水平和豎直分量；A為波幅；σ為波浪圓頻率；k為波數(shù)；t為時(shí)間；d為水深；xw和zw定義如下：

式中：θ為浪向角，船迎浪時(shí)θ=180°；x和 z分別為t時(shí)刻水翼轉(zhuǎn)軸中點(diǎn)（y=0）在固定參照系（FRA）中的縱向和豎直坐標(biāo)。FRA的原點(diǎn)設(shè)置在靜水面上，且與船重心G的縱向初始位置處于同一豎直線上，x軸指向船的前進(jìn)方向，z軸豎直向上。

2 模型試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募装逡陨显O(shè)有焊接成型的框架，用于連接兩個(gè)片體，并安裝有水翼控制機(jī)構(gòu)（圖3）。船體由玻璃鋼制成，試驗(yàn)時(shí)，壓載至輕微尾傾。根據(jù)被動(dòng)水翼的工作特點(diǎn)，選擇厚度比為0.18的對(duì)稱翼型，使其在上、下升沉?xí)r具有相同的性能，并且在不同的攻角下均有較大的升阻比。為便于調(diào)整，試驗(yàn)中，采用外置平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制水翼的運(yùn)動(dòng)，而在實(shí)際應(yīng)用中將使用集成于豎桿內(nèi)的程控變剛度扭轉(zhuǎn)彈簧和橡膠限位器，以消除外置控制機(jī)構(gòu)帶來的阻力增加。船體及水翼的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

圖3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼掌現(xiàn)ig.3 Photo of the test model

表1 模型參數(shù)Tab.1 Parameters of the test model

采用雙體方案是為了在船體較小時(shí)安裝展長(zhǎng)較大的擺翼，同時(shí)，各片體較小的寬度和方形系數(shù)也有利于減小高海況下的阻力增值。此外，雙體結(jié)構(gòu)還能提供比單體結(jié)構(gòu)更大的甲板面積，可以布置其它動(dòng)力能源裝置，如大面積太陽(yáng)能板，這對(duì)于不攜帶燃油發(fā)電機(jī)的波浪動(dòng)力艇來說比較有利。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)選取

根據(jù)水翼控制機(jī)構(gòu)的設(shè)置，試驗(yàn)分測(cè)速組與對(duì)照組。測(cè)速組所用的波浪參數(shù)如表2所示，對(duì)照組只針對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行。記錄每組波浪參數(shù)下試驗(yàn)艇通過一定距離所用的時(shí)間，得出其自由航行速度。

表2 波浪參數(shù)Tab.2 Parameters of generated wave

測(cè)速組中，水翼可隨來流轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)船體的最大轉(zhuǎn)角限制為28°，該組的結(jié)果將在下節(jié)分析。在對(duì)照組中，水翼相對(duì)船體固定，水翼的沉浮和俯仰運(yùn)動(dòng)完全由船體的運(yùn)動(dòng)決定，測(cè)得的航速明顯較低，其中的原因?qū)⒃跀?shù)值仿真部分討論。

2.3 航速與波高和周期的關(guān)系

測(cè)速組的試驗(yàn)結(jié)果按波浪周期分組。圖4以波高為橫坐標(biāo)，航速為縱坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了表達(dá)。

圖4 各波浪周期下航速與波高的關(guān)系Fig.4 The variation of ship speed with respect to wave height in wave period

在各波浪周期下，航速與波高之間存在近似的線性關(guān)系，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合。由圖4可見，當(dāng)波浪周期T=1.4 s時(shí)，航速的線性程度比T=1.6 s時(shí)高，但從統(tǒng)計(jì)上看，該周期區(qū)間內(nèi)的航速差別不大。在T=1.8 s附近，航速對(duì)波高的變化最為敏感。當(dāng)T=1.8 s時(shí)，在5 cm以下的波高中，模型的航速較慢，但當(dāng)波高超過6 cm后，航速即可超過周期較短時(shí)的值。然而，若波浪周期繼續(xù)增大，航速便會(huì)顯著下降。

圖4僅對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單陳述。為深入分析試驗(yàn)結(jié)果，利用擬合結(jié)果將航速（單位m/s）與波浪周期和波高的關(guān)系繪制成如圖5所示的等值線圖。

圖5 航速的等值線圖Fig.5 Contours of forward speed

由于每個(gè)波浪周期對(duì)應(yīng)的航速均隨波高線性增加，因此在圖5中，同一橫坐標(biāo)上的等值線是均勻分布的。當(dāng) T=1.8～1.85 s時(shí)，等值線分布最為密集，故這個(gè)區(qū)域的航速隨波高增加最快，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)約為船長(zhǎng)Lbp的1.8倍。波長(zhǎng)由數(shù)值求解色散方程得到，并考慮水深的影響。當(dāng)試驗(yàn)艇工作在10 cm波高環(huán)境下時(shí)，只有當(dāng)波浪周期接近最佳周期時(shí)，航速才能達(dá)到0.19 m/s。

當(dāng)模型工作在T＜1.6 s，H＜6 cm的波浪中時(shí)，相應(yīng)區(qū)域中的等值線趨于水平，這說明航速對(duì)周期的變化并不敏感。當(dāng)T＞1.95 s，即波長(zhǎng)大于2倍的 Lbp，波高低于3.5 cm時(shí)，航速極慢，且從單位波高增量中獲得的航速增值也小（圖5右側(cè)）。在長(zhǎng)波中，船相對(duì)于水的搖蕩運(yùn)動(dòng)比中等波長(zhǎng)中的小，故需要更大的波高以獲得相同的航速。這說明被動(dòng)式擺翼主要依靠與水的豎直往復(fù)相互作用來產(chǎn)生推力。

3 數(shù)值仿真

3.1 程序簡(jiǎn)介

為深入探討波浪推進(jìn)的工作特性，本文基于準(zhǔn)定常水翼理論編制了仿真程序，可對(duì)一個(gè)搖蕩周期內(nèi)的推力產(chǎn)生過程進(jìn)行仿真。船體運(yùn)動(dòng)和波浪中的阻力增值采用三維勢(shì)流理論計(jì)算，并考慮水翼與船體的相互作用。首先計(jì)算得到時(shí)均推力隨假設(shè)航速變化的曲線，并與波浪中的阻力曲線相交，估算可達(dá)到的航速，然后對(duì)比實(shí)測(cè)航速檢查方法的正確性。隨后，將結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象介紹一些有意義的結(jié)果。

3.2 程序正確性檢驗(yàn)

仿真程序中的波浪參數(shù)選為周期T=1.6 s，波高 H=7.96 cm。阻力曲線與推力曲線相交的情況如圖6所示，圖中橫坐標(biāo)Vc表示航速，縱坐標(biāo)Rt和Fx分別表示阻力和推力。

圖6 阻力與推力的關(guān)系Fig.6 Relationship between resistance and thrust

圖中的圓點(diǎn)為靜水阻力試驗(yàn)結(jié)果。通過這些圓點(diǎn)的點(diǎn)劃線為二次擬合曲線，從中可知阻力與航速的平方成正比。以模型漂力的計(jì)算值為波浪中阻力增值，繪制波浪中的阻力曲線如圖中虛線所示。圖中實(shí)線代表時(shí)均推力計(jì)算結(jié)果，三角形標(biāo)記對(duì)應(yīng)波浪中阻力與推力曲線的交點(diǎn)，估算出的航速為0.132 m/s，稍大于粗實(shí)線標(biāo)出的實(shí)測(cè)航速 0.114 m/s。

3.3 典型水翼軌跡

圖7給出了船重心前方水翼的典型展開運(yùn)動(dòng)軌跡，用以說明一個(gè)周期內(nèi)擺翼的工作狀態(tài)。

圖7 典型水翼展開軌跡Fig.7 Typical stretched foil trajectory

水翼在一個(gè)擺動(dòng)周期內(nèi)前進(jìn)的距離不足兩倍弦長(zhǎng)，為避免水翼剖面過度重疊，同時(shí)保持軌跡形狀不變，將轉(zhuǎn)軸軌跡在水平和豎直方向均拉伸5倍繪制。轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)定義在FRA中。水翼的形狀尺寸及俯仰角度均按實(shí)際繪出，相鄰翼剖面之間的時(shí)間間隔為0.1 s。圖中水平貫穿的點(diǎn)劃線代表水翼的平衡浸深。

從圖7可以發(fā)現(xiàn)被動(dòng)水翼工作過程中的兩個(gè)性質(zhì)：

首先，是轉(zhuǎn)軸軌跡。由于水翼安裝在船上，轉(zhuǎn)軸的沉浮速度是船體搖蕩速度在安裝位置的豎直分量，故船體縱搖對(duì)水翼升沉的影響隨著水翼與船重心間水平距離的增加而增加。假設(shè)船的前進(jìn)速度恒定，但當(dāng)其與轉(zhuǎn)軸處船體縱搖圓周速度的水平分量疊加后，轉(zhuǎn)軸前進(jìn)的速度也不再是常量。最終，在所有速度分量的耦合作用下，形成了關(guān)于平衡位置不對(duì)稱的轉(zhuǎn)軸軌跡。

其次，是水翼俯仰方式。以往對(duì)主動(dòng)式擺翼的試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算均指出，當(dāng)升沉相位超前俯仰90°時(shí)，推進(jìn)效率最高［8-11］，即當(dāng)轉(zhuǎn)軸以最大升沉速度通過平衡位置時(shí)，水翼的俯仰角達(dá)到最大。在測(cè)速組試驗(yàn)中，水翼可由來流驅(qū)動(dòng)，來流垂向分速度越大，俯仰角便越大。船艏艉處水翼的升沉運(yùn)動(dòng)主要由船體縱搖引起。當(dāng)船體縱搖角速度最大，即重心處于波峰或波谷時(shí)，水翼的偏轉(zhuǎn)最大，這與試驗(yàn)現(xiàn)象是相符的。而在對(duì)照組試驗(yàn)中，水翼相對(duì)船體固定，俯仰角不由來流決定。各水翼的俯仰幅度與船體的縱搖幅度相等，僅為3.57°，當(dāng)來流傾角較大時(shí)，處于失速狀態(tài)，不能有效產(chǎn)生推力。在 T=1.8 s，H=6.6 cm波浪的作用下，對(duì)照組的航速僅為0.067 m/s，比水翼可轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)降低了40%?？梢?，以較大俯仰角捕捉最大的來流垂向分速度是一種高效的推力產(chǎn)生方式。此外，由于所處位置和時(shí)刻的波浪質(zhì)點(diǎn)速度不同，水翼從不同方向通過同一深度時(shí)的俯仰角也不對(duì)稱。

3.4 水翼受力

為了顯示不同時(shí)刻水翼上水動(dòng)力的大小和方向，繪制了與圖7（a）中可轉(zhuǎn)動(dòng)水翼軌跡相對(duì)應(yīng)的力矢量圖，如圖8所示。

圖8 水翼上的力矢量Fig.8 Force vectors on foil

圖8中的轉(zhuǎn)軸軌跡繪制原理與圖7相同，但為了使同一數(shù)軸上直接讀出的力單位為牛頓，兩個(gè)方向上的拉伸倍數(shù)均設(shè)為50。力的方向由轉(zhuǎn)軸軌跡指向矢量包絡(luò)線，相鄰矢量間的時(shí)間間隔為0.02 s。只需將矢量向相應(yīng)的坐標(biāo)軸投影，并讀出端點(diǎn)間的距離，即可獲得推力與豎直力的大小。

由圖8可見，水翼上力的主要分量趨向于抵抗船的搖蕩運(yùn)動(dòng)。較大的推力分量出現(xiàn)在水翼俯仰角較大時(shí)，若大的俯仰角不能與較大的豎直來流速度同步，時(shí)均推力便會(huì)減小。另外，水翼在平衡位置附近產(chǎn)生的推力也較小。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文為在海上利用波浪能進(jìn)行低速推進(jìn)提供了一個(gè)可行的方案。試驗(yàn)中，試驗(yàn)艇總能前進(jìn)的事實(shí)證明本文所采用的波浪能推進(jìn)方案是行之有效的。在測(cè)速組中，航速總是隨波高成比例增加，但增量對(duì)波高的敏感度取決于波浪周期。當(dāng)波高H＜6 cm時(shí)，較短波長(zhǎng)中的航速高于長(zhǎng)波中的航速。當(dāng) H＞6 cm時(shí)，在波長(zhǎng)約為1.8倍船長(zhǎng)處出現(xiàn)了一個(gè)最佳響應(yīng)區(qū)，試驗(yàn)艇可從較小波高中獲得較高的航速。若波長(zhǎng)大于2倍船長(zhǎng)，則推進(jìn)性能下降。數(shù)值仿真得出了基本正確的航速估計(jì)。被動(dòng)式擺翼的轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)軌跡由船的搖蕩運(yùn)動(dòng)和航速?zèng)Q定，與水翼的安裝位置也有關(guān)系，其關(guān)于平衡位置呈不對(duì)稱形狀。當(dāng)水翼的俯仰角極值與最大來流豎直分速度同步時(shí)，可產(chǎn)生較強(qiáng)的推力。在水翼的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，推力主要在轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)產(chǎn)生。

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Free Running Model Tests and Numerical Simulation on a Wave Propelled Craft

LI Cong，WANG Dongjiao，YE Jiawei，LI Deyu，LIANG Fulin

School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China

To deal with the complexity and inefficiency of the driving device for actively controlled oscillating foils，the concept of passive oscillating foils，whose pitch motion is driven by the moment induced by the heave motion，is investigated and applied to a wave propelled craft.Particularly，the foils are installed beneath the craft to generate thrust so that the craft can move forward.In the following model test，free running speeds under different wave period，wave height，and foil control configurations are measured and then compared.It is shown that the free running speed of the craft is of positive correlation with wave heights，and the optimum performance is obtained when the ratio of incident wave length to ship length is approximately 1.8.Through numerical simulation，the working process of foils with two different control mechanism configurations is also demonstrated，where the free running speed under certain wave parameters is predicted，and the result is in good agreement with the measured data.

passive oscillating foil；wave propulsion；model test；numerical simulation

10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.002

http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.002.html

U661.73

A

1673－3185（2014）02－06－06

期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

2013－10－15 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014-3-31 16:32

教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（20090172110008）

李聰（1988－），男，碩士生。研究方向：船艇研究與設(shè)計(jì)。E-mail：tonylee7335＠qq.com

王冬姣（1963－），女，博士，副教授。研究方向：船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)。E-mail：djwang＠scut.edu.cn

王冬姣

［責(zé)任編輯：盧圣芳］