氣墊船動力學(xué)ACVSIM模型的初步驗證（四）

W. Milewski, B. Connell, B. PetersenD. Kring

孫新 編譯

氣墊船動力學(xué)ACVSIM模型的初步驗證（四）

W. Milewski, B. Connell, B. Petersen1D. Kring2

孫新 編譯

（1Applied Physical Sciences Corporation，2Flight Safety Technologies, Inc.）

人們對改進氣墊載具的耐波性動力學(xué)預(yù)測能力重新產(chǎn)生了興趣。這導(dǎo)致了第一原理數(shù)值模擬模型ACVSIM (Milewski等人，2007)的發(fā)展，該模型集成了氣墊和裙擺動力學(xué)模型與基于高階樣條的流體動力學(xué)邊界元模型。本文概述了ACVSIM最近的改進，以及使用2007年秋季獲得的基線深裙作為模型尺度的LCAC進行初始驗證研究的結(jié)果。該仿真工具提供了研究設(shè)計、修改產(chǎn)生影響的能力，以及模型載具縮放問題與多耦合物理系統(tǒng)的問題。

圖12:描述中等振幅波中的壓力、流動路徑和外部作用力的示意圖

最后，圖13顯示了一個具有大振幅波的極端情況，這可能是猛烈撞擊事件的前兆。囊的一部分與自由表面接觸，在波峰附近的局部區(qū)域關(guān)閉了進入氣墊的氣流。外力是作用在囊體上的阻力和浮力。

圖13:顯示在大振幅波中工作時的壓力、流動路徑和外力的示意圖

采用IBM波浪方程緩沖模型對裙擺模型進行了初步試驗，模擬了柔性裙擺在剛性邊界上無前進速度運行時的自由響應(yīng)。計算是為了簡化ACV幾何形狀，如圖14所示，其尺寸和慣性特性類似于全尺寸LCAC值。在這個特殊的研究中，只有一個自由度用于裙擺運動，這樣所有的四個方向都一致響應(yīng)。

圖14:用于裙子研究的典型ACV幾何體

通過改變?nèi)箶[柔度來探討其對無舵載具響應(yīng)的影響，特別是氣墊壓力初始設(shè)定為大氣壓釋放后，氣墊固有頻率和載具平均垂蕩位移的影響。我們引入了無量綱參數(shù)。

這是氣墊和裙擺相對剛度的測量值，對于剛性裙擺為零。隨著裙子的順應(yīng)性提高，Kr也在增加。圖15顯示了自由衰減模擬中垂蕩響應(yīng)隨撓度變化的時間歷程。結(jié)果表明，隨著裙擺柔度的增加，垂蕩位移增大，氣墊固有頻率減小。歸一化后的固有頻率和平均垂蕩位移如圖16所示。這些觀察結(jié)果與我們對理想氣墊動力學(xué)的分析研究的結(jié)論是一致的，該研究表明裙邊阻抗強烈影響諧振頻率和腔的模態(tài)形狀(Pollack等，2007)。

我們計劃在不久的將來擴展裙子模型，使用更多的每邊自由度來表示裙子變形的連續(xù)分布。

圖15:采用柔性裙模型的自由響應(yīng)模擬的升沉位移

圖16:帶有柔性裙擺的ACV緩沖固有頻率和平均位移。這兩個量都由剛性裙的值歸一化。

5 與模型比例的拖槽數(shù)據(jù)比較

在本節(jié)中，我們將介紹ACVSIM的初始驗證。將LCAC的1/12比例模型的數(shù)據(jù)與基線深裙進行比較。這些測試于2007年9月至12月在NSWCCD中進行(Ricci等人，2008年)。我們的研究重點是振蕩試驗、靜水試驗、小振幅波(H/λ=1/80)的常規(guī)波浪試驗，以及海況3和4的航向試驗。

5.1 數(shù)值模型描述(輸入數(shù)據(jù))

圖17顯示了驗證研究中使用的單緩沖和雙緩沖配置。采用三維CAD模型，將幾何圖形作為B-spline曲面直接導(dǎo)入ACVSIM?；練鈮|和裙型的典型配置是單緩沖配置；只需要甲板面和裙面。雙緩沖配置包括橫向密封的附加表面，內(nèi)指和外囊。后兩個組件是需要中到大波和更先進的氣墊和裙型。在本文的模擬中只使用了甲板面、裙面和橫向密封。這兩個CAD模型是由LCAC基線深裙的三維圖紙推導(dǎo)出來的，并做了如下修改。首先，內(nèi)指和外指被建模為每一節(jié)裙子的一個表面。之所以做出這種近似，是因為我們關(guān)注于圍裙對載具運動的全局影響和計算的效率。在ACVSIM中，單個手指的局部分析可以用來調(diào)整圍裙的力學(xué)性能。其次，代表手指和橫向密封的曲面的底部被擴展，以確保與自由曲面的有效相交。在每個時間步長跟蹤物理底部，以便我們可以評估手指與自由表面之間的間隙面積。

圖17:驗證研究中使用的單緩沖和雙緩沖配置的CAD模型

除非另有說明，否則本節(jié)中顯示的結(jié)果來自使用模型尺寸和設(shè)計重量下的操作條件的模擬。在下文中，升沉為正向上，俯仰為正向下俯仰。

（未完待續(xù)）