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计入空化影响的全浸式双体水翼艇阻力性能数值模拟研究

摘要

现代水翼艇融合了航空领域和航海领域的优势，改变了传统的海上交通运输方式，

与传统的高速船舶相比，水翼艇代表了燃油经济性和减少船舶纵摇、升沉运动的最佳

解决方案。空化目前是限制水翼艇迈向更高速亟待解决的关键问题，空化的出现会使

得水翼的流体动力性能恶化，但在航速过高等一些其他条件下，空化却又不可避免的

发生，因此对水翼空化现象以及周围空化流的非定常特性的研究极其重要，在条件允

许情况下，通过变化尾水翼位置的方式来抑制甚至避免空化亦具有重大意义。

本文主要基于STAR-CCM+在计入空化影响的前提下对全浸式双体水翼艇的阻力性

能进行研究分析，在保证高升阻比的同时，通过变化尾水翼位置确定对首尾支柱-水翼

结构上空化的抑制效果最明显的模型，从而优选出最佳的水翼艇模型。具体如下：

（1）以单水翼为主要研究对象，详细介绍了翼型的参数，并采用自适应网格细化

技术模拟分析了NACA66单水翼，将数值结果与试验值进行对比来验证数值方案以及

空化模型的可行性。进而以不同相对拱度的单水翼为研究对象，分析总结了自适应网

格细化技术的优势、升阻力变化规律、相对拱度以及攻角对单水翼空化的影响。

（2）以双体水翼艇为主要研究对象，介绍了穿浪双体船模型和附体水翼的相关参

数，以及船舶流场的数值方案，并与试验结果进行验证对比来说明了方案的可行性。

进而对双体水翼艇进行了变参数分析，分别研究了参考大气压变量和空化模型变量对

双体水翼艇的影响。最后当参考大气压变量或空化模型变量同时具备且构成空化条件

的时候，研究分析了空化的出现对双体水翼艇的性能产生的影响。

（3）以全浸式双体水翼艇为主要研究对象，基于四种不同相对拱度的翼型进行了

水翼艇的支柱及水翼参数设计。通过对首尾水翼距离相等的全浸式双体水翼艇展开数

值研究，分析了全浸式双体水翼艇的流场变化，阻力性能以及空化特性。在此基础上

进一步探讨分析了尾水翼位置变化对全浸式双体水翼艇的影响，在航速处于最小值和

最大值情况下满足最大升阻比的同时，保证首尾支柱-水翼结构上空化面积最小，进而

确定了全浸式双体水翼艇的最优选。

本文在计入空化影响下对全浸式双体水翼艇展开的相关计算和结果分析研究，为

今后同类型水翼艇的研究提供了一定的理论支撑和参考作用。

关键词：阻力性能；空化特性；全浸式双体水翼艇；水翼

计入空化影响的全浸式双体水翼艇阻力性能数值模拟研究

Abstract

Modernhydrofoilcombinestheadvantagesofaviationandnavigation,andchangesthe

traditionalmodeofmarinetransportation.Comparedwithtraditionalhigh-speedboats,

hydrofoilboatrepresentsthebestsolutionforfueleconomyandreducingboatpitch,heave

motion.Cavitationisthekeyproblemtobesolvedurgentlyatpresent,whichlimitsthe

hydrofoilboattomovetowardshigherspeed.Theoccurrenceofcavitationwillmakethe

hydrodynamicperformanceofthehydrofoilworse,butitisinevitabletooccurundersome

otherconditionssuchastoohighspeed.Therefore,itisextremelyimportanttostudythe

phenomenonofhydrofoilcavitationandtheunsteadycharacteristicsoft