近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

陈庆任，叶恒奎，杨向晖，冯大奎，管延敏

（1华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉 430074；2中国舰船研究设计中心，武汉430064）

1 引 言

由于水翼已经在水翼复合船、滑行艇和两栖战车等交通工具上得到了广泛的应用[1-4]，因而研究三维水翼的水动力性能是非常必要的，其中，自由面对水翼性能的影响是不可忽视的。研究分析不同航速下水翼的性能以及水翼与船体间的相互影响，对水翼的实际应用有重要的意义。

国际上，Park和Chun[5]使用一种高阶边界元法对三维翼绕流进行了计算，Xie和Vassalos[6]基于势流理论应用面元法对带自由面三维水翼进行了研究。在国内，汪淳和邹早建[7]利用Rankine奇点面元法计算了三维水翼的定常升力绕流，张利军和王言英[8]应用低阶速度势面元法对三维水翼水动力性能进行了预报。李国安和叶恒奎[9]采用三维时域格林函数法对近水面水翼影响下的船体兴波进行了研究分析。

本文基于格林定理，将边界元法应用于近自由面三维组合翼的水动力分析，考虑了中间的支柱翼与两边控制翼之间的相互影响，对两种翼型在不同浸深、航速和攻角下的升阻力特性进行了计算，并进行了试验研究。其中，在自由面采用非线性自由面边界条件，对中间支柱翼周围自由面网格采用割划网格技术；在尾涡面上采用时间步进法及尾涡存储效应以满足尾缘的Kutta条件。由于水翼尾部很薄，计算所布置的奇点很接近，本文影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用精确积分的方法计算，这是一种确保计算精度的有效方法。……