不同舰船机库外形下艉流场特征数值模拟研究

荣吉利，王 超，赵 瑞，李海旭，严 昊

（1.北京理工大学 宇航学院力学系，北京100081；2.中国船舶工业系统工程研究院，北京100036）

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舰载直升机在执行海上补给、搜救、反潜等任务中表现出巨大的优势，因此越来越多的舰载直升机被装备于非航空型舰船上。但与陆基直升机不同，由于舰船运动以及艉部流场结构复杂等因素，使直升机起降受到严重的影响[1-3]。当气流流经舰船会形成湍流边界层，随后会与飞行甲板前方的机库壁面发生碰撞，由于几何形状的突然变化，会导致流动发生膨胀，此时湍流边界层在机库的分离点处分离，形成自由剪切层，在机库后方的飞行甲板处形成巨大的回流区，该回流区包含了随时间变化的涡结构，且具有极强的非定常特性[4-6]。

相关学者使用计算流体力学（CFD）对影响舰船艉流场的因素进行了数值模拟研究。黄斌等人[7]通过建立一个基于NS 方程的舰载直升机着舰域流场分析方法，探究了机库开合状态对舰船艉部着舰域的影响，研究结果表明打开机库门更有利于直升机安全着舰；洪伟宏等人[8]以LHA 两栖攻击舰作为参考通过CFD 定常计算研究发现，舰船的上层建筑是诱发舰船舰面空气湍流的因素之一，而岛式上层建筑靠前的舰船可以改善后部甲板的流场环境；但国外相关的计算流体力学技术研究表明，时间精确的非定常计算能够精确捕捉由舰船船体结构产生的非稳态湍流气流[9-11]。赵瑞等人[12]通过高精度的DES 方法对SFS 与SFS2 等船型展开非定常数值模拟，得到了详细的船体流场涡脱落和时间精确的流场数据，并从数值上探究了有无上层建筑与机库门开合状态对艉流场的影响；……