基于计算流体动力学的两栖车辆水动力性能模拟及试验验证

蔡宇峰,王丽丽,汪 宇,徐永泽

(1.中国特种飞行器研究所,湖北 荆门 448035; 2.江麓机电集团有限公司,湖南 湘潭 411100;3.西递安科软件技术有限公司(上海),上海 200120)

水陆两栖车辆是同时具有陆地车辆性能和水上船舶性能的一种特殊车辆,既可以在陆地上行驶,又可以泛水浮渡。水陆两栖车辆具有船舶的特点,但不具有船舶的局限[1-2]。目前针对水陆两栖车辆水动力性能的研究方法,基本上是参照船舶设计中的拖曳试验方法。该方法虽然可靠性强,但是成本高、周期长。随着船舶计算流体动力学(CFD)技术的发展,使得采用数值计算方法研究两栖车辆的水动力特性成为可能[3-7]。

两栖车辆作为一种特殊船体,其水上性能与船舶有很大的相似性,因此参照船舶领域的研究方法是有必要的。20世纪70 年代以后,基于CFD的流场分析技术受到了船舶领域的高度重视。近年来,一些研究者采用数值计算方法对两栖车辆的绕流场进行了数值模拟。高富东等[8]利用CFD研究车体首端和尾端切角并对车辆外形进行优化,减阻效果达到了51.2%。王涛等[9]基于CFD计算了典型的两栖车辆迎浪直航运动。黄劲等[10]基于CFD将计算所得水动力导数与船舶经验公式值进行对比,分析了两栖车辆与船舶的差异对水动力导数造成的影响。

本文通过对某型两栖车辆实车和模型静水三自由度运动进行模拟,以及采用模型试验对仿真值进行验证,分析了两栖车辆实车与模型之间的水动力性能换算关系。基于CFD理论建立了两栖车辆带自由液面黏性绕流场的数学模型,采用Realizablek-ε两方程湍流模型、流体体积法及重叠网格对两栖车辆绕流场进行三维瞬态数值计算,得到绕流场、阻力、纵倾与升沉。……